Naturlige systemer viser ikke -lokale korrelationer

Klassiske sammenhænge er en del af vores hverdag. For eksempel, hvis man altid tager et par strømper på i samme farve og form, ser på farven eller formen på en sok bestemmer farven eller formen på dens par. Endnu mere, ved at observere farven og formen på den ene sok, og vi kan samtidig kende farven og formen på den anden.

I kvanteområdet, Heisenbergs usikkerhedsprincip siger, at nøjagtig måling af et par egenskaber ved et atom sætter en grænse for præcisionen af ​​måling, du kan opnå på de samme egenskaber for et andet atom. Derfor, hvis sokkerne siges at være sammenfiltrede, at observere farven på den ene sok ville give os mulighed for at forudsige farven på den anden. Imidlertid, hvis vi også observerer strømpens form, dette ville "forstyrre" farven, gør det til en vis grad helt uforudsigeligt. Denne mærkelige "synkronisering" mellem partikler defineres som kvanteindvikling, og er et af de iboende træk ved kvanteverdenen.

I naturen, der findes en meget fremmed form for såkaldte ikke-lokale korrelationer, som manifesteres af nogle sammenfiltrede tilstande mellem atompartikler. Ved at gøre de minimale antagelser om, at egenskaber ved objekter (form/farve) eksisterer uanset vores viden om dem, og disse oplysninger kan ikke spredes øjeblikkeligt, man finder ud af, at kvantefysik kan generere korrelationer, der er uforenelige med disse to tilsyneladende rimelige principper.

Selvom det er ekstremt fascinerende at studere, disse ikke -lokale korrelationer er meget svære at karakterisere i systemer, der består af mange partikler af tre grunde. Først, klassiske korrelationer er matematisk meget komplekse at studere; sekund, kvante mange-kropstilstande er meget komplekse at beskrive på grund af den eksponentielle vækst af deres beskrevne tilstande; og, tredje, i øjeblikket tilgængelige eksperimentelle teknikker er ret begrænsede, begrænser de målinger, der kan udføres i laboratoriet. For at undersøge rollen som ikke-lokale korrelationer i kvantesystemer med mange legemer, man skal således tage fat på disse tre problemer på samme tid.

I en nylig artikel offentliggjort i Fysisk gennemgang X , et team af forskere fra MPQ i München, ICFO i Barcelona, Universitetet i Innsbruck og Center for teoretisk fysik ved det polske videnskabsakademi har foreslået en simpel test for at studere ikke-lokale korrelationer i kvante mange-kropssystemer. De har undersøgt, om ikke -lokale korrelationer forekommer i naturlige systemer som grundtilstande for nogle spin Hamiltonians, såsom elektroner (beskrevet af deres spin -frihedsgrad) i et system med en rumlig dimension. Ved at kombinere numeriske og analytiske resultater, de har vist, at nogle Hamiltonianere, der er blevet undersøgt af fysikere i nogle årtier, har en tilstand af minimal energi, der kan vise ikke -lokale korrelationer.

Som den første forfatter, Jordi Tura, har kommenteret, "Vi tilbyder et sæt værktøjer til at studere et problem, der altid har været kompliceret alene. De teknikker, vi udviklede, er meget enklere end tidligere. Hvis du ville implementere dem i laboratoriet, du skulle bare sørge for, at systemet er forberedt i en tilstand med tilstrækkelig lav energi. "

Resultaterne kaster lidt lys over dette fascinerende problem, forhåbentlig udløser yderligere fremskridt i vores forståelse af ikke-lokalitet i kvante mange-kropssystemer.