اخبار کوانتومی -تغییر فاز گریزان سرانجام در یک شبیه ساز کوانتومی مشاهده شد

عنوان خبر: تغییر فاز گریزان سرانجام در یک شبیه ساز کوانتومی مشاهده شد
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، شبیه‌سازی کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 17 ژانویه 2025
لینک خبر: newscientist.com

چکیده: پژوهشگران دانشگاه مریلند با استفاده از یک شبیه ساز کوانتومی یون به‌دام‌افتاده ، یک انتقال فاز 1 بعدی را در زنجیره ای از 23 یون ایتربیوم مشاهده کردند. به‌طور سنتی، انتقال‌های فازی در سیستم‌های تک‌بعدی بدون تعاملات دوربرد غیرممکن تلقی می‌شد.با مهندسی چنین تعاملاتی و تنظیم حالت کوانتومی سیستم برای تقلید از تغییرات دما، تیم یک انتقال فاز فرومغناطیسی بدون گرم کردن فیزیکی دستگاه را کشف کرد که اولین دستاورد در نوع خود بود. این تحقیق انتقال از پارامغناطیس قطبی با انرژی پایین به پارامغناطیس غیرقطبی با انرژی بالا را نشان داد که با پیش‌بینی‌های نظری مطابقت دارد. این دستاورد راه را برای مطالعه حالات عجیب ماده، بررسی سیستم‌های نادر و درک رفتارهای غیرمعمول مواد هموار می‌کند.

شرح کامل خبر:

در یک آزمایش پیشگامانه، پژوهشگران به رهبری الکساندر شوکرت از دانشگاه مریلند موفق به مشاهده یک انتقال فازی تک‌بعدی نادر در زنجیره‌ای متشکل از ۲۳ یون ایتربیم شدند. این دستاورد، که مدت‌ها غیرممکن تلقی می‌شد، با استفاده از شبیه‌ساز کوانتومی یون‌های به دام افتاده محقق شد و انتقال فازی فرومغناطیسی را به اثبات رساند. این یافته‌ها باور سنتی مبنی بر عدم امکان انتقال فازی در سیستم‌های تک‌بعدی بدون تعاملات دوربرد را به چالش می‌کشد.

این مطالعه بر روی حالت های حرارتی اولیه یک آهنربای 1 بعدی تحت دینامیک هامیلتونین بس ذره‌ای (many-body Hamiltonian) متمرکز بود. نظریه‌های قبلی پیش‌بینی می‌کردند که چنین آهن‌ربایی‌ها به دلیل اثرات کوانتومی هنگام گرم شدن، مغناطش خود را از دست می‌دهند، اما آزمایش‌ها با چالش‌هایی مواجه شدند زیرا شبیه‌سازهای کوانتومی معمولاً در دماهای بالاتر عملکرد نادرست دارند برای غلبه بر این چالش، تیم پژوهشی به طور هوشمندانه حالت کوانتومی سیستم را تنظیم کرد تا افزایش دما به صورت مؤثر شبیه‌سازی شود، بدون آنکه دستگاه به صورت فیزیکی گرم شود.

این موفقیت با مهندسی تعاملات دوربرد بین یون‌ها ممکن شد، به‌گونه‌ای که حتی یون‌های دور از هم نیز بدون تماس فیزیکی بر یکدیگر تأثیر گذاشتند. این رفتار جمعی منجر به ایجاد انتقال فازی غیرمعمول شد که هرگز در سیستم‌های طبیعی مشاهده نشده است.

پژوهش همچنین نمودار فازی انرژی محدود سیستم را ترسیم کرد و انتقال از پارامغناطیس قطبی با انرژی پایین به پارامغناطیس غیرقطبی با انرژی بالا را نشان داد. یافته‌ها با شبیه‌سازی‌های عددی مطابقت داشت و گامی مهم در مطالعه فازها با چگالی انرژی محدود به شمار می‌رود.

این پژوهش پیامدهایی فراتر از فیزیک نظری دارد. شبیه‌سازهای کوانتومی مشابه می‌توانند حالات عجیب ماده، سیستم‌های نادر یا فرضی و پدیده‌های الکتریکی یا مغناطیسی غیرمعمول در مواد واقعی را بررسی کنند. پیشرفت‌های آتی، مانند شبیه‌سازی در دماهای بالاتر یا مقیاس‌دهی به آرایه‌های دوبعدی، می‌توانند مسیرهای جدیدی برای درک سیستم‌های کوانتومی و پیش‌بینی فیزیک نوین باز کنند.

این کار پیشگامانه پلی میان پیش‌بینی‌های نظری و تحقق تجربی ایجاد کرده و مرزهای شبیه‌سازی کوانتومی و فیزیک بس ذره ای (many body) را گسترش داده است.

منابع:

[1] https://www.newscientist.com/article/2464444-elusive-phase-change-finally-spotted-in-a-quantum-simulator/

[2] https://www.nature.com/articles/s41567-024-02751-2.epdf?sharing_token=Cnr11S_ELkaApRR26dBW9tRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0P6vKw46Sglqlcq8sdY9Kh7f-H-MN1tZ5LZNMqOuVETlf4KRY46QVJkNo8gl7NMsZYzvCG8LI4Z5wIkrEruem_fOzXB_O5zB4_ifs1sDlMHw09y_Q1WzbnDp2rYAnzM8bG11JyTxCS6gLPR2cBK7yiiJhei-Ul2yxQjZoNeRzSRE1eNwiMSzHBmSEJ4twiyvII%3D&tracking_referrer=www.newscientist.com

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.