Исследователи создали инновационную методику визуализации квантовой запутанности, предоставляющую новые перспективы для развития квантовых технологий. Объединённая команда специалистов из Гонконгского и Монреальского университетов разработала уникальный алгоритм под названием «микроскопия на основе запутанности» (entanglement microscopy). Эта техника использует квантовую запутанность фотонов для формирования высококачественных изображений, позволяя исследовать и картировать квантовую запутанность на уровне микроструктур.
Квантовая запутанность — это исключительное явление, в котором частицы остаются в состоянии взаимосвязи, независимо от разделяющего их расстояния. Оно является ключевой основой для квантовых вычислений, криптографических систем и исследования материалов с необычными свойствами.
Созданная методология основана на масштабном квантовом моделировании с применением метода Монте-Карло и даёт возможность извлекать данные о квантовой запутанности в малых участках квантовых систем. Исследователи сфокусировали своё внимание на двух фундаментальных двумерных моделях: модели Изинга в поперечном поле и фермионной t-V модели. Эти математические инструменты широко используются физиками для анализа поведения частиц в различных материалах. Модель Изинга в поперечном поле описывает взаимодействие магнитных частиц (спинов) как между собой, так и с внешним магнитным полем, что позволяет лучше понимать магнитные характеристики веществ. Фермионная t-V модель, в свою очередь, исследует движение электронов (или иных частиц) через кристаллическую решётку с учётом их взаимодействия, что имеет важное значение для изучения электрических свойств материалов. Обе модели способствуют прогнозированию и объяснению таких феноменов, как сверхпроводимость и необычные магнитные состояния.
Учёные выявили, что в критических точках квантового перехода Изинга запутанность носит короткодействующий характер — частицы остаются связаны на ограниченных расстояниях, и такая связь может исчезнуть при изменении расстояния или температуры. В противоположность этому, фермионный переход демонстрирует более плавное уменьшение запутанности, даже на значительных дистанциях.
Исследование модели Изинга, описывающей взаимодействие частиц в материальных структурах, выявило интересное отличие между одномерными и двумерными системами. В одномерных случаях («цепи частиц») была обнаружена уникальная трехчастичная запутанность, проявляющаяся как особая квантовая взаимосвязь между тремя частицами. В то же время, в двумерных системах («сети частиц») эта форма запутанности отсутствует. Это открытие указывает на значительное влияние размерности системы — линейного, плоскостного или объёмного рода расположения частиц — на их взаимодействие и квантовую запутанность.
Данное открытие имеет важнейшие последствия для развития квантовых технологий. Глубокое понимание запутанности способствует оптимизации квантовых вычислительных процессов и алгоритмов, позволяет ускорить решения задач в криптографии и области искусственного интеллекта. Также это открывает перспективы проектирования материалов нового поколения для квантовых технологий, включая энергетику, электронику и сверхпроводимость.
Источник: iXBT
