En física, es esencial poder mostrar una suposición teórica en experimentos físicos reales. Durante más de cien años, los físicos han sido conscientes del vínculo entre los conceptos de desorden en un sistema y la información obtenida por mediciónSin embargo, hasta ahora faltaba una evaluación experimental limpia de este vínculo en los sistemas monitoreados comunes, es decir, los sistemas que se miden continuamente a lo largo del tiempo.
Pero ahora, utilizando un "tambor cuántico", una membrana mecánica vibratoria, los investigadores han realizado una configuración experimental que muestra la interacción física entre el trastorno y los resultados de una medición. Una colaboración de experimentadores del Instituto Niels Bohr, Universidadde Copenhague y teóricos de la Queen's University de Belfast y la Universidad de Sao Palo, podrían mostrar cómo extraer orden de este sistema en gran parte desordenado, proporcionando una herramienta general para diseñar el estado del sistema, esencial para las tecnologías cuánticas futuras, como las computadoras cuánticas.El resultado ahora se publica como una sugerencia de los editores en Cartas de revisión física.
Las mediciones siempre introducirán un nivel de perturbación de cualquier sistema que mida. En el mundo físico ordinario, esto generalmente no es relevante, porque es perfectamente posible para nosotros medir, digamos, la longitud de una mesa sin notar esa perturbaciónPero en la escala cuántica, las consecuencias de la perturbación producida por las mediciones son enormes. Estas grandes perturbaciones aumentan la entropía, o desorden, del sistema subyacente, y aparentemente impiden extraer cualquier orden de la medición. Pero antes de explicar cómo la recienteexperimento se dio cuenta de esto, los conceptos de entropía y termodinámica necesitan algunas palabras.
Romper un huevo es termodinámica
La ley de la termodinámica cubre procesos extremadamente complicados. El ejemplo clásico es que si un huevo se cae de una mesa, se rompe en el piso. En la colisión, se produce calor, entre muchos otros procesos físicos, y siimagina que puedes controlar todos estos procesos complicados, no hay nada en las leyes físicas que diga que no puedes revertir el proceso. En otras palabras, el huevo podría ensamblarse y volar de nuevo a la superficie de la mesa, si pudiéramos controlarel comportamiento de cada átomo y revertir el proceso. Es teóricamente posible. También puede pensar en un huevo como un sistema ordenado, y si se rompe, se vuelve extremadamente desordenado. Los físicos dicen que la entropía, la cantidad de desorden,Las leyes de la termodinámica nos dicen que, de hecho, el desorden siempre aumentará, y no al revés: por lo tanto, los huevos generalmente no saltan del piso, se ensamblan y aterrizan en las mesas en el mundo real.
Las lecturas correctas del sistema cuántico son esenciales, y notoriamente difíciles de obtener
Si pasamos a la mecánica cuántica, el mundo se ve bastante diferente, pero igual. Si medimos continuamente el desplazamiento de un sistema mecánico en movimiento como el "tambor de membrana" ilustración 1 con una precisión sólo limitada por laleyes cuánticas, esta medición perturba profundamente el movimiento. Por lo tanto, terminará midiendo un desplazamiento que se altera durante el proceso de medición en sí, y la lectura del desplazamiento original se estropeará, a menos que también pueda medir el desorden introducido.En este caso, puede utilizar la información sobre el desorden para reducir la entropía producida por la medición y generar un orden a partir de ella, comparable a controlar el desorden en el sistema de huevos destrozados. Pero esta vez también tenemos la información sobre el desplazamiento, así que hemos aprendido algo sobre todo el sistema a lo largo del camino y, lo que es más importante, tenemos acceso a la vibración original de la membrana, es decir, la lectura correcta. Alessio Belenchia, el estudioautor principal, y sus colegas de Belfast y Sao Paolo han establecido un poderoso marco formal para este tipo de análisis.
Un marco generalizado para comprender la entropía en sistemas cuánticos
"La conexión entre la termodinámica y las mediciones cuánticas se conoce desde hace más de un siglo. Sin embargo, hasta ahora faltaba una evaluación experimental de este vínculo, en el contexto de las mediciones continuas. Eso es exactamente lo que hemos hecho con este estudio.Es absolutamente esencial que entendamos cómo las mediciones producen entropía y desorden en los sistemas cuánticos, y cómo las usamos para tener control sobre las lecturas que tendremos en el futuro de, digamos, un sistema cuántico como una computadora cuántica.no podemos controlar las perturbaciones, básicamente no podremos entender las lecturas, y las lecturas de la computadora cuántica serán ilegibles e inútiles, por supuesto ", dice Massimiliano Rossi, estudiante de doctorado y primer autor del artículo científico. "Este marco es importante para crear una base básica generalizada para nuestra comprensión de los sistemas productores de entropía en la escala cuántica. Eso es básicamente donde este estudio encaja en la escala mayorde las cosas en física. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Copenhague . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :