理论物理学家发现了量子纠缠和热化之间的深层联系

时间:2020-04-14 17:58 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

理论物理学家发现了量子纠缠和热化之间的深层联系

超级计算机是如何将量子纠缠与冷咖啡联系起来的

三一学院的理论物理学家们发现了量子力学最引人注目的特征之一&ndash之间的深层联系;量子纠缠mdash;还有热化作用,这是一个物体与其周围环境达到热平衡的过程。

他们的研究结果于2020年1月31日发表在权威杂志《物理评论快报》上。

我们都熟悉热化过程。试想一下,随着时间的推移,你的咖啡是如何达到室温的。另一方面,量子纠缠则是另一个故事。

然而,来自三一学院的马龙·布伦斯博士和约翰·格尔德教授与西尔维娅·帕帕拉尔迪教授和意大利西萨大学的亚历山德罗·席尔瓦教授的合作研究表明,这两者是如何密不可分地联系在一起的。

在解释这一发现的重要性时,Trinity’ QuSys小组的领导Goold教授解释道:

量子纠缠是量子力学中一个违反直觉的特性,它允许在某个时间点上相互作用的粒子以一种传统上不可能的方式相互关联。一个粒子的测量结果影响另一个粒子的测量结果。即使它们相距光年。爱因斯坦称这种效应为远距离的幽灵般的作用。

事实证明,纠缠不仅令人毛骨悚然,而且实际上无处不在。事实上,更令人惊奇的是,我们生活在这样一个时代:科技开始利用这一特性来实现一些几年前被认为是不可能实现的壮举。这些量子技术在私营部门正得到迅速发展,谷歌和IBM等公司在这场竞赛中处于领先地位。

但这一切与冷咖啡有什么关系呢?

古尔德教授阐述了:

当你准备一杯咖啡并让它放一段时间,它会冷却下来,直到达到周围环境的温度。这是热化。在物理学中,我们说过程是不可逆的。我们都知道,曾经温暖的咖啡不会冷却下来,然后神奇地变暖。作为一名科学家,不可逆性和热行为在物理系统中是如何出现的,这一点令我着迷,因为它适用于原子这样小的尺度,适用于咖啡杯,甚至适用于宇宙本身的演化。在物理学中,统计力学是一种旨在从微观角度理解这一过程的理论。对于量子系统来说,热化现象的出现是出了名的棘手,也是当前研究的中心焦点。

那么,这一切与纠缠有什么关系呢?你的结果又如何呢?

古尔德教授说:

在统计力学中有各种不同的方法,被称为系综,你可以用它来描述一个系统是如何变热的,当你有一个大的系统(大约有10^23个原子)时,所有这些方法都被认为是等价的。然而,我们在我们的工作中展示的是,在过程中不仅存在纠缠,而且它的结构也非常不同,这取决于你选择哪种方式来描述你的系统。它给了我们一种测试统计力学基本问题的方法。这个想法很普遍,可以应用到一系列的系统中,小到几个原子,大到黑洞。

三一学院(Trinity)博士候选人、论文第一作者马龙·布伦斯(Marlon Brenes)用超级计算机模拟量子系统来验证这个想法。

数字专家布伦斯说:

我为这个项目所做的数值模拟是目前在高性能计算水平上所能完成的极限。为了运行代码,我使用了国家机构ICHEC和那里的新Kay机器。因此,作为一个很好的基础成果,这项工作帮助我们真正突破了这种类型的计算方法的边界,并确立了我们的代码和国家建筑在前沿领域的表现。

参考文献:本征态热化假设中的多纠缠结构马龙·布伦斯、西尔维娅·帕帕拉迪、约翰·戈尔德和亚历山德罗·席尔瓦,2020年1月31日,《物理评论快报》。

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.040605

教授的研究得到了英国皇家学会-英国皇家学会大学研究奖学金和欧洲理事会启动资金的支持。

三一学院的理论物理学家们发现了量子力学最引人注目的特征之一&ndash之间的深层联系;量子纠缠mdash;还有热化作用,这是一个物体与其周围环境达到热平衡的过程。

他们的研究结果于2020年1月31日发表在权威杂志《物理评论快报》上。

我们都熟悉热化过程。试想一下,随着时间的推移,你的咖啡是如何达到室温的。另一方面,量子纠缠则是另一个故事。

然而,来自三一学院的马龙·布伦斯博士和约翰·格尔德教授与西尔维娅·帕帕拉尔迪教授和意大利西萨大学的亚历山德罗·席尔瓦教授的合作研究表明,这两者是如何密不可分地联系在一起的。

在解释这一发现的重要性时,Trinity’ QuSys小组的领导Goold教授解释道:

量子纠缠是量子力学中一个违反直觉的特性,它允许在某个时间点上相互作用的粒子以一种传统上不可能的方式相互关联。一个粒子的测量结果影响另一个粒子的测量结果。即使它们相距光年。爱因斯坦称这种效应为远距离的幽灵般的作用。

事实证明,纠缠不仅令人毛骨悚然,而且实际上无处不在。事实上,更令人惊奇的是,我们生活在这样一个时代:科技开始利用这一特性来实现一些几年前被认为是不可能实现的壮举。这些量子技术在私营部门正得到迅速发展,谷歌和IBM等公司在这场竞赛中处于领先地位。

但这一切与冷咖啡有什么关系呢?

古尔德教授阐述了:

当你准备一杯咖啡并让它放一段时间,它会冷却下来,直到达到周围环境的温度。这是热化。在物理学中,我们说过程是不可逆的。我们都知道,曾经温暖的咖啡不会冷却下来,然后神奇地变暖。作为一名科学家,不可逆性和热行为在物理系统中是如何出现的,这一点令我着迷,因为它适用于原子这样小的尺度,适用于咖啡杯,甚至适用于宇宙本身的演化。在物理学中,统计力学是一种旨在从微观角度理解这一过程的理论。对于量子系统来说,热化现象的出现是出了名的棘手,也是当前研究的中心焦点。

那么,这一切与纠缠有什么关系呢?你的结果又如何呢?

古尔德教授说:

在统计力学中有各种不同的方法,被称为系综,你可以用它来描述一个系统是如何变热的,当你有一个大的系统(大约有10^23个原子)时,所有这些方法都被认为是等价的。然而,我们在我们的工作中展示的是,在过程中不仅存在纠缠,而且它的结构也非常不同,这取决于你选择哪种方式来描述你的系统。它给了我们一种测试统计力学基本问题的方法。这个想法很普遍,可以应用到一系列的系统中,小到几个原子,大到黑洞。

三一学院(Trinity)博士候选人、论文第一作者马龙·布伦斯(Marlon Brenes)用超级计算机模拟量子系统来验证这个想法。

数字专家布伦斯说:

我为这个项目所做的数值模拟是目前在高性能计算水平上所能完成的极限。为了运行代码,我使用了国家机构ICHEC和那里的新Kay机器。因此,作为一个很好的基础成果,这项工作帮助我们真正突破了这种类型的计算方法的边界,并确立了我们的代码和国家建筑在前沿领域的表现。

参考文献:本征态热化假设中的多纠缠结构马龙·布伦斯、西尔维娅·帕帕拉迪、约翰·戈尔德和亚历山德罗·席尔瓦,2020年1月31日,《物理评论快报》。

DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.040605

教授的研究得到了英国皇家学会-英国皇家学会大学研究奖学金和欧洲理事会启动资金的支持。

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