物理学家在量子机械系统中获得前所未有的可见性

量子工程组（QEG）实验室的NMR光谱仪。图像：paola cappellaro

当我们谈论“信息技术”时，我们通常是指技术部分，如计算机，网络和软件。但信息本身及其在量子系统中的行为是麻省理工学院的跨学科量子工程组（QEG）的中心重点，因为它寻求开发量子计算和量子技术的其他应用。

QEG团队通过物理审查信中的新文章中描述的新型测量方法和指标，提供了前所未有的能见度。该团队首次能够使用室温固态核磁共振（NMR）技术的适应来测量荧光石晶体中量子旋转之间的相关性的传播。

研究人员认为，更清楚地了解信息传播不仅必须了解量子领域的运作必不可少的，古典物理法常常不适用，而且还可以帮助工程师的内部“接线”，传感器，传感器和其他设备。

一种关键量子现象是非生物相关性的，或缠结，其中对或一组颗粒相互作用，使得即使当颗粒被广泛分离时，也不能独立地描述它们的物理性质。

旋转链中的量子许多身体相关性在没有紊乱的情况下从初始局部状态生长，但是通过平均相关长度测量的通过病症被限制为有限尺寸。图像：paola cappellaro

这种关系是物理学，量子信息理论的快速推进领域的核心。它占据了一种新的热力学视角，其中信息和能量是链接的 - 换句话说，信息是物理的，并且信息的量子级别共享在量子系统中已知的熵和热平衡的普遍趋势下降。

QEG Head Paola Cappello，Esther and Harold E. Edgerton核科学与工程副教授，与物理研究生Ken Xuan Wei和Longtime Collaborator Chandrasekhar Ramanathan of Dartmouth College合作。

Cappellaro解释说，研究的主要目的是测量两种物质态之间的量子级斗争：热化和定位，其中信息传递受到限制的状态，通过无序抵抗较高熵的趋势。QEG团队的工作以许多身体定位（MBL）为中心的，其中旋转自旋相互作用的作用至关重要。

实验在实验室中收集此数据的能力是一个突破，部分原因是对当今最强大的计算机的量子系统和定位 - 热化转换的模拟非常困难。当你有互动时，问题的大小很快就变得棘手，“Cappellaro说。“你可以使用蛮力模拟12个旋转，但这是关于它的 - 远少于实验系统能够探索。”

NMR技术可以揭示旋转之间的相关性的存在，因为相关旋转在应用磁场下旋转的速度比分离的旋转更快。然而，传统的NMR实验只能提取有关相关的部分信息。QEG研究人员将这些技术与其晶体中的自旋动力学的知识相结合，其几何形状约为线性自旋链的进化。

“这种方法使我们能够在C链中彼此连接的度量，平均相关长度，”Cappellaro说。““如果相关性正在增长，它会告诉您，互动赢得造成本地化的疾病。如果相关长度停止生长，则紊乱正在获胜并将系统保持在更大的量子局部状态。“

除了能够区分不同类型的本地化（如MBL和更简单的Anderson定位）之外，该方法还代表了通过引入疾病来控制这些系统的能力，这促进了本地化，Cappellaro增加了。因为MBL保留信息并防止它变得扰乱，所以它具有内存应用程序的可能性。

研究的焦点“解决了热力学基础的一个非常基本的问题，为什么系统热化甚至为什么温度的概念存在的问题，”前麻省理工学院博士伊曼马维安说，现在是杜克大学部门的助理教授作者：王莹，物理与电气计算机工程JOURNAL。“在过去的10年左右，已经安装了证据，从分析参数到数值模拟，即使系统的不同部分彼此相互作用，在MBL阶段系统中也不会热化。现在我们现在可以在实际实验中观察这一点非常令人兴奋。“

“人们提出了不同的方式来检测这个物质的阶段，但他们很难在实验室中衡量，”马维安解释道。“Paola的群体从新的角度研究它并引入了可以测量的数量。我对从这些NMR实验中提取有关MBL的有用信息时，我的印象非常深刻。这是巨大的进步，因为它可以在天然晶体上试验MBL。“

Cappello说，该研究能够利用根据美国空军在美国空军的先前批准下开发的NMR相关能力，以及国家科学基金会的一些额外资金。她补充说，这项研究区域的前景很有希望。“长期以来，大多数人的量子研究专注于平衡性质。现在，因为我们可以做更多的实验并希望工程师系统的系统，对动态有更多的兴趣，并且致力于这一将来的新计划。希望我们能获得更多的资金并继续工作。“

出版物：Ken Xuan Wei，等，“探索核自旋链的本地化，”物理评论信，2018; DIO：10.1103 / physrevlett.120.070501