Ahora, un equipo de científicos alrededor del Dr. Christian Groß y el Profesor Immanuel Bloch Director de MPQ y Presidente de Óptica Cuántica en LMU Munich, en cooperación con David Huse Universidad de Princeton, ha obtenido evidencia de tal comportamiento en dossistema cuántico tridimensional de átomos fríos de rubidio atrapados en una red óptica.
Los científicos de MPQ obtienen evidencia de la localización de muchos cuerpos en un sistema cuántico cerrado.
Durante el equilibrio, los sistemas ordinarios de muchos cuerpos pierden toda la información sobre el estado inicial. Todas las mañanas experimentamos un ejemplo de este comportamiento. La leche vertida en una taza de café se mezcla perfectamente y, después de un tiempo, es imposible decir cómo exactamente los dos líquidosse combinaron. El mismo comportamiento se aplica a casi todos los sistemas cuánticos. Sin embargo, recientemente se ha predicho teóricamente un nuevo fenómeno llamado "localización de muchos cuerpos", que permite que los sistemas cuánticos bien aislados conserven la memoria del estado inicial para siempre. Ahora un equipode científicos alrededor del Dr. Christian Groß y el profesor Immanuel Bloch Director de MPQ y Presidente de Óptica Cuántica en LMU Munich, en cooperación con David Huse Universidad de Princeton, han obtenido evidencia de tal comportamiento en un sistema cuántico bidimensional deátomos de rubidio fríos atrapados en una red óptica Science, 24 de junio de 2016.
Los científicos observaron que, más allá de un cierto grado de desorden impreso en el conjunto de partículas al principio, el sistema se relajaría en un estado estable que aún contiene información microscópica detallada sobre su pasado ". Pudimos observar la transición desde"Un estado termalizado en una fase localizada de muchos cuerpos", señala Christian Groß. "Es la primera observación de ese tipo en un régimen que no es accesible con simulaciones de vanguardia en computadoras clásicas".no solo de interés fundamental; los resultados también podrían conducir a nuevas formas de almacenar información cuántica.
Motivado por el problema fundamental de cómo se comportan las partículas que interactúan en un sistema desordenado, en la década de 1950 el físico estadounidense Philip Warren Anderson descubrió el famoso fenómeno de localización de partículas no interactivas, ahora llamado "localización de Anderson". Aquí, el desorden impide que las partículasmoverse y, en consecuencia, se detiene todo el transporte. ¿Pero qué sucede cuando el desorden se une con las interacciones? ¿Las interacciones conducirán al transporte y la termalización, o la localización persistirá incluso a altas energías? Hasta ahora, no existe un modelo teórico que prediga fielmente la evoluciónde un sistema cuántico cerrado en más de una dimensión bajo estas condiciones, aunque, teóricamente, se ha sugerido la posibilidad de localización.
Para investigar estas preguntas experimentalmente, deben cumplirse requisitos estrictos sobre la capacidad de control y el aislamiento perfecto del sistema. En el experimento descrito aquí, los átomos de rubidio ultrafríos se cargan en una red óptica, un conjunto microscópico de trampas de luz formadas por interferenciarayos láser. El trastorno se crea al proyectar un patrón de luz aleatorio generado por computadora en la red óptica. Como resultado de este "trastorno", la profundidad de cada trampa microscópica en el potencial de red varía de un sitio a otro.El grupo de Bloch ha avanzado las herramientas experimentales a tal perfección que pueden dirigir la posición de los átomos en el cristal de luz artificial y la interacción entre ellos casi a voluntad. Con un microscopio de alta resolución que detecta la luz fluorescente emitida, la posición de cadaEl átomo se puede observar con alta precisión. Además, la distribución de densidad atómica del estado inicial se puede controlar, y para variablesintervalos de tiempo, la evolución de la distribución se puede medir con alta precisión.
Estas herramientas en la mano, el comportamiento de no termalización puede ser probado de una manera muy simple desde el punto de vista conceptual. Cualquier estado térmico de un sistema cerrado refleja la simetría de su recipiente, como, por ejemplo, el agua derramada en un recipiente redondo cubriría inmediatamentetodo el fondo. En analogía, los científicos generan un paso de densidad en la muestra preparada inicialmente al eliminar la mitad de la distribución atómica con radiación láser. Luego observan cómo las partículas restantes migran hacia la mitad vacía. Para pequeños trastornos, los preparados inicialmenteel paso de densidad se difumina rápidamente y las mitades inicialmente vacías y llenas se vuelven indistinguibles. Sin embargo, cuando la medición se repite para detectar un desorden fuerte, quedan rastros del estado inicial y el sistema no se relaja a un estado térmico incluso durante mucho tiempo ".Observamos un inicio bastante agudo de comportamiento no termalizador por encima de un valor crítico ", dice Christian Groß." Esta ausencia de termalización es notable porque persiste enun sistema de partículas que interactúan, incluso a las altas energías sondeadas en el experimento "
Los científicos interpretan su observación como el inicio de la localización de muchos cuerpos en el sistema atómico. Esto es de interés fundamental porque significa la ruptura de la mecánica estadística de equilibrio. Por otro lado, la persistencia de la información del estado inicial podría usarse comouna fuente de tecnologías de información cuántica. "También se debe enfatizar que obtenemos estos resultados para un tamaño de sistema que está mucho más allá de escalas numéricamente accesibles", dice Jae-yoon Choi, postdoc en el experimento.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Óptica Cuántica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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