Kvantificering af kvante:Et matematisk projekt af enorm skønhed

Store genstande, såsom baseballs, køretøjer, og planeter, opføre sig i overensstemmelse med mekanikkens klassiske love formuleret af Sir Isaac Newton. Små, såsom atomer og subatomare partikler, er styret af kvantemekanik, hvor et objekt kan opføre sig som både en bølge og en partikel.

Grænsen mellem det klassiske og kvanteriget har altid været af stor interesse. Forskning rapporteret i AVS kvantevidenskab , overvejer spørgsmålet om, hvad der gør noget "mere kvante" end et andet - er der en måde at karakterisere "kvante" på? Forfatterne rapporterer, at de har fundet en måde at gøre netop det på.

Kvantegraden er vigtig for applikationer som kvanteberegning og kvantesansning, som tilbyder fordele, som ikke findes i deres klassiske modstykker. Forståelse af disse fordele kræver, på tur, en forståelse af kvantegraden af ​​de involverede fysiske systemer.

I stedet for at foreslå en skala, hvis værdier vil være forbundet med graden af ​​kvante, forfatterne af denne undersøgelse ser på ekstrema, nemlig de tilstande, der enten er mest kvante eller mindst kvante. Forfatteren Luis Sanchez-Soto sagde, at ideen til undersøgelsen kom fra et spørgsmål stillet på et videnskabeligt møde.

"Jeg holdt et seminar om dette emne, da nogen stillede mig spørgsmålet:'I fyre i kvanteoptik taler altid om de mest klassiske tilstande, men hvad med de mest kvantetilstande?'" sagde han.

Man har længe forstået, at såkaldte kohærente tilstande kan beskrives som kvasi-klassiske. Sammenhængende tilstande opstår, for eksempel, i en laser, hvor lys fra flere fotonkilder er i fase, hvilket gør dem til det mindste kvantum af tilstande.

Et kvantesystem kan ofte repræsenteres matematisk ved punkter på en kugle. Denne type repræsentation kaldes en Majorana-konstellation, og for sammenhængende stater, stjernebilledet er blot et enkelt punkt. Da disse er det mindste kvantum af tilstande, de mest kvante ville have konstellationer, der dækker mere af kuglen.

Forskerne så på flere måder, som andre forskere har udforsket kvanteheden på og overvejede Majorana-konstellationen for hver vej. De spurgte derefter, hvad det mest jævnt fordelte sæt af punkter på en kugle for denne tilgang er.

Da Sanchez-Soto og hans kolleger overvejede spørgsmålet om kvante, de indså, at det var et matematisk projekt "af enorm skønhed, "udover at være nyttig.