Физики из Осакского городского университета разработали новые, более простые формулы для количественного анализа квантовой запутанности в системах сильно связанных электронов. Их результаты помогут глубже понять квантовые явления в материалах с разными физическими свойствами, что открывает новые перспективы для развития квантовых технологий. Работа опубликована в журнале Physical Review B (PRB).
Квантовая запутанность — это уникальное явление, при котором две частицы остаются связаны друг с другом, даже находясь на огромном расстоянии. До сих пор исследователи сталкиваются с трудностями в его изучении.
«Ранее исследования в основном фокусировались на универсальных свойствах квантовой запутанности в магнитных или сверхпроводящих материалах», — объяснил Юнори Нисикава, преподаватель Высшей школы естественных наук Осакского городского университета и ведущий автор исследования.
Системы сильно связанных электронов — это материалы, в которых взаимодействия между электронами определяют поведение всей системы, создавая сложные и высоко запутанные квантовые состояния. Эти системы являются идеальной платформой для изучения квантовой запутанности.
Команда Нисикавы решила пойти другим путем — они изучили локальную квантовую запутанность между одним или двумя произвольно выбранными атомами в системе сильно связанных электронов и их окружением.
Ученые вывели формулы для расчета ключевых показателей квантовой запутанности. Чтобы проверить свою методику, они применили формулы к различным материалам, включая наномасштабные искусственные магнитные материалы и разбавленные магнитные сплавы.
В наномагнитных системах они обнаружили неожиданные закономерности в поведении квантовой запутанности, которые противоречат классическим представлениям. В разбавленных магнитных сплавах исследователи выявили, что относительная квантовая энтропия точно описывает эффект Кондо — явление, при котором магнитная примесь экранируется электронами проводимости.
«Поведение квантовой запутанности в наномасштабных магнитных материалах оказалось неожиданным и открыло новые пути для изучения квантовых взаимодействий», — подчеркнул Нисикава.
Результаты исследования прокладывают путь к более глубокому пониманию квантовой запутанности, что может ускорить развитие квантовых компьютеров и систем квантовой криптографии.
«Наши формулы могут быть применены к системам с различными физическими свойствами», — отметил Нисикава. — «Мы надеемся, что наше исследование вдохновит на дальнейшие открытия в области квантовых технологий».
Ранее ученые объединили квантовую физику и гравитацию с помощью атомных часов.