主題：納米科學(xué)納米技術(shù)核物理核科學(xué)量子物理學(xué)

點(diǎn)擊加載圖片

量子工程組（QEG）實(shí)驗(yàn)室的核磁共振譜儀。

當(dāng)我們談?wù)摗靶畔⒓夹g(shù)”時(shí)，我們通常指的是技術(shù)部分，如計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)和軟件。但是信息本身及其在量子系統(tǒng)中的行為是麻省理工學(xué)院跨學(xué)科量子工程組（QEG）的核心焦點(diǎn)，因?yàn)樗鼘で箝_發(fā)量子計(jì)算和量子技術(shù)的其他應(yīng)用。

QEG團(tuán)隊(duì)通過物理評(píng)論快報(bào)新文章中描述的新型測(cè)量方法和指標(biāo)，為大量子機(jī)械系統(tǒng)中的信息傳播提供了前所未有的可視性。該團(tuán)隊(duì)首次能夠使用室溫固態(tài)核磁共振（NMR）技術(shù)來測(cè)量氟磷灰石晶體中量子自旋之間相關(guān)性的擴(kuò)散。

研究人員越來越相信，更清楚地了解信息傳播不僅對(duì)于理解量子領(lǐng)域的運(yùn)作至關(guān)重要，而量子領(lǐng)域經(jīng)典的物理定律通常不適用，但也可以幫助設(shè)計(jì)量子計(jì)算機(jī)，傳感器和內(nèi)部的“接線”。其他設(shè)備。

一個(gè)關(guān)鍵的量子現(xiàn)象是非經(jīng)典相關(guān)或糾纏，其中粒子對(duì)或粒子群相互作用使得即使當(dāng)粒子被廣泛分離時(shí)也不能獨(dú)立地描述它們的物理性質(zhì)。

點(diǎn)擊加載圖片

自旋鏈中的量子多體相關(guān)性在沒有無序的情況下從初始局部狀態(tài)生長，但是通過無序來限制為有限大小，如通過平均相關(guān)長度所測(cè)量的。

這種關(guān)系是物理學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展的關(guān)鍵，量子信息理論。它提出了一個(gè)新的熱力學(xué)視角，其中信息和能量是相互關(guān)聯(lián)的 - 換句話說，信息是物理的，信息的量子級(jí)共享是熵和熱平衡的普遍趨勢(shì)的基礎(chǔ)，在量子系統(tǒng)中稱為熱化。

QEG負(fù)責(zé)人Paola Cappellaro，Esther和Harold E. Edgerton核科學(xué)與工程副教授，與物理學(xué)研究生Ken Xuan Wei和達(dá)特茅斯學(xué)院的長期合作者Chandrasekhar Ramanathan共同撰寫了新論文。

Cappellaro解釋說，研究的主要目的是測(cè)量?jī)煞N物質(zhì)狀態(tài)之間的量子級(jí)斗爭(zhēng)：熱化和局部化，信息傳遞受到限制的狀態(tài)和高熵的趨勢(shì)在某種程度上通過無序抵制。QEG團(tuán)隊(duì)的工作集中在多體定位（MBL）的復(fù)雜問題，其中自旋 - 自旋相互作用的作用至關(guān)重要。

在實(shí)驗(yàn)室中通過實(shí)驗(yàn)收集這些數(shù)據(jù)的能力是一個(gè)突破，部分原因是即使對(duì)于當(dāng)今最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來說，量子系統(tǒng)的模擬和本地化 - 熱化過渡也是非常困難的?！爱?dāng)你有互動(dòng)時(shí)，問題的規(guī)模會(huì)很快變得棘手，”Cappellaro說?！澳憧梢允褂眯U力來模擬12次旋轉(zhuǎn)，但事實(shí)就是如此 - 遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠探索的次數(shù)?！?/p>

核磁共振技術(shù)可以揭示自旋之間相關(guān)性的存在，因?yàn)橄嚓P(guān)的自旋在施加的磁場(chǎng)下比孤立的自旋旋轉(zhuǎn)得更快。然而，傳統(tǒng)的NMR實(shí)驗(yàn)只能提取有關(guān)相關(guān)性的部分信息。QEG研究人員將這些技術(shù)與他們對(duì)晶體中自旋動(dòng)力學(xué)的了解相結(jié)合，其幾何形狀大致限制了線性自旋鏈的演化。

“這種方法使我們能夠找出一個(gè)指標(biāo)，平均相關(guān)長度，鏈中有多少個(gè)旋轉(zhuǎn)相互連接，”Cappellaro說?！叭绻嚓P(guān)性在增長，它會(huì)告訴你，互動(dòng)正在對(duì)抗導(dǎo)致本地化的疾病。如果相關(guān)長度停止增長，無序就會(huì)贏得并使系統(tǒng)處于更加量子化的局部狀態(tài)?！?/p>

除了能夠區(qū)分不同類型的定位（例如MBL和更簡(jiǎn)單的Anderson定位）之外，該方法還代表了通過引入無序來控制這些系統(tǒng)的可能性，這促進(jìn)了本地化，Cappellaro補(bǔ)充道。由于MBL保留信息并防止信息被擾亂，因此它具有內(nèi)存應(yīng)用程序的潛力。

該研究的重點(diǎn)是“解決關(guān)于熱力學(xué)基礎(chǔ)的一個(gè)非?；镜膯栴}，為什么系統(tǒng)熱化的問題，甚至溫度概念為何存在的問題”，前麻省理工學(xué)院博士后Iman Marvian說，他現(xiàn)在是杜克大學(xué)系的助理教授。物理與電氣與計(jì)算機(jī)工程系?！霸谶^去10年左右的時(shí)間里，有越來越多的證據(jù)表明，即使系統(tǒng)的不同部分相互作用，MBL階段系統(tǒng)也不會(huì)熱化。我們現(xiàn)在可以在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中觀察到這一點(diǎn)非常令人興奮?！?/p>

“人們已經(jīng)提出了不同的方法來檢測(cè)這一物質(zhì)的相位，但它們很難在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量，”Marvian解釋道?！癙aola的小組從一個(gè)新的角度研究它并引入了可以測(cè)量的數(shù)量。我對(duì)他們?nèi)绾文軌驈倪@些核磁共振實(shí)驗(yàn)中提取有關(guān)MBL的有用信息印象深刻。這是一個(gè)很大的進(jìn)步，因?yàn)樗梢栽谔烊凰显囼?yàn)MBL?！?/p>

該研究能夠利用美國空軍先前資助下開發(fā)的核磁共振相關(guān)能力，Cappellaro說，以及國家科學(xué)基金會(huì)的一些額外資金。她補(bǔ)充說，這個(gè)研究領(lǐng)域的前景很有希望?！伴L期以來，大多數(shù)身體量子研究都集中在均衡性質(zhì)上?，F(xiàn)在，因?yàn)槲覀兛梢宰龈嗟膶?shí)驗(yàn)并且想要設(shè)計(jì)量子系統(tǒng)，所以對(duì)動(dòng)力學(xué)以及專門用于這個(gè)一般領(lǐng)域的新程序更感興趣。希望我們能夠獲得更多資金并繼續(xù)開展工作?！?/p>