Ограничения скорости для квантовых явлений были распространены на объекты макроразмера
Выведен более строгий предел квантовой скорости и разработана общая структура, основанная на законе сохранения вероятности, фундаментальном принципе физики.
Схематическое изображение наших достижений. Мы устанавливаем общую основу для получения качественно более жестких ограничений скорости величины A , чем многие обычные ограничения, которые зависят от всего диапазона A , такие как Δ A или ∥ A ∥ op . Наша стратегия состоит в том, чтобы сопоставить интересующую нас общую динамику с динамикой на графике, где мы используем локальное сохранение вероятности. В отличие от обычных ограничений, наши ограничения скорости включают градиент ∇ A от A на графике, который может значительно ужесточить границу, когда ∇ A ≪ Δ A или ∥ A ∥ op. Применительно к макроскопическим квантовым системам (таким как макроскопический перенос атомов или релаксация локально возмущенной спиновой цепи) наша теория указывает на новый компромисс между временем и квантовой разностью фаз. Применительно к макроскопической стохастической динамике, включая квантовую, наша теория указывает на соотношение компромисса между временем и такими величинами, как производство энтропии. Предоставлено : PRX Quantum (2022). DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.020319
Выражение для максимальной скорости, с которой могут происходить изменения в макроскопических системах, было получено физиком-теоретиком из RIKEN. Это углубит наше понимание квантовых явлений в системах, не находящихся в равновесии.
Одним из самых трудных для понимания аспектов квантовой механики является принцип неопределенности Гейзенберга, который гласит, что невозможно одновременно определить положение и импульс объекта. Другими словами, чем точнее определено положение частицы, тем шире становится диапазон ее возможного импульса (и наоборот).
В 1945 году два физика, Леонид Мандельштам и Игорь Тамм, сосредоточились на другом типе соотношения неопределенностей, а именно на соотношении между временем и флуктуациями энергии, и показали, что переходы в квантовых системах не происходят мгновенно; скорее, скорость, с которой происходит переход, ограничивается величиной, определяемой тем, насколько сильно колеблется энергия системы.
Впоследствии были получены многие другие так называемые ограничения квантовой скорости, которые помогли лучше понять физику квантовых систем и оказались полезными в различных квантовых приложениях.
Но большие проблемы возникают, когда квантовые ограничения скорости применяются к макроскопическим системам. «Предыдущие ограничения квантовой скорости, полезные для небольших систем, обычно становятся бессмысленными для макроскопических переходов», — отмечает Рюсуке Хамазаки из исследовательской группы неравновесной квантовой статистической механики RIKEN Hakubi. «Например, обычные пределы квантовой скорости дают бесконечную верхнюю границу скорости переходов в газе, состоящем из атомов».
Теперь Хамазаки удалось вывести предел квантовой скорости для переходов в макроскопических системах.
«Этот новый вывод обеспечивает фундаментальные ограничения, которые можно применить к различным типам неравновесных квантовых макроскопических явлений», — говорит он. «Я надеюсь, что многие фундаментальные законы и приложения, касающиеся макроскопической квантовой динамики, появятся на основе концепций, введенных в этом исследовании».
Хамазаки вывел более строгий предел квантовой скорости, разработав общую структуру, основанную на законе сохранения вероятности, фундаментальном принципе физики.
Одним из неожиданных результатов для Хамадзаки стало открытие новых компромиссных отношений. «Вместо компромиссного соотношения между временем и флуктуациями энергии, как в границе Мандельштама-Тамма, я нашел соотношение между временем и градиентом квантовой фазы — фундаментальной величиной в квантовой физике».
Теперь Хамазаки намеревается расширить свою стратегию, чтобы увидеть, можно ли ее использовать для получения ограничений квантовой скорости для таких величин, как рост квантовой запутанности.
