Molti famosi esperimenti hanno dimostrato che il semplice atto di osservare un sistema quantistico può modificare le proprietà del sistema. Questo fenomeno, chiamato "effetto osservatore, " appare, Per esempio, quando il gatto di Schrödinger diventa vivo o morto (ma non più entrambi) dopo che qualcuno fa capolino nella sua scatola. L'osservazione distrugge la sovrapposizione dello stato del gatto, o in altre parole, collassa la funzione d'onda che descrive le probabilità che il gatto si trovi in ​​ciascuno dei due stati.

In un nuovo documento, i fisici hanno ulteriormente studiato il modo esatto in cui le misurazioni influenzano l'entanglement quantistico, che in questo contesto è equivalente alla misura in cui un sistema è in sovrapposizione. Studi precedenti hanno dimostrato che, quando un sistema quantistico viene lasciato da solo ad evolversi senza alcuna interferenza esterna, il suo grado di aggrovigliamento tende ad aumentare. Questo è, i sistemi quantistici tendono a spostarsi nel tempo in stati con un ampio grado di sovrapposizione quantistica.

D'altra parte, effettuare una misurazione su uno stato entangled tende a diminuire il suo entanglement. Questo accade perché una misurazione su uno stato di rotazione (ad esempio) collassa che ruota in uno stato definito, che fa sì che quel giro si districhi dagli altri giri, i cui stati rimangono in sovrapposizione. Ciò riduce la quantità di entanglement nel sistema complessivo.

Nel nuovo giornale, i fisici hanno dimostrato tramite simulazioni al computer e argomentazioni teoriche che, quando le misurazioni vengono effettuate a una velocità che supera un valore critico, si verifica una transizione di fase indotta dalla misurazione. Questo fa sì che il sistema passi bruscamente da una fase di "aggrovigliamento", in cui la quantità di entanglement cresce continuamente nel tempo, ad una fase di "sbrogliatura", in cui c'è ancora qualche groviglio, ma il suo tasso di crescita scende a zero.

I fisici, Brian Skinner al MIT, Jonathan Ruhman al MIT e alla Bar-Ilan University, e Adam Nahum all'Università di Oxford, hanno pubblicato il loro articolo sulla transizione di fase per l'entanglement in un recente numero di Revisione fisica X .

"Uno dei grandi successi della fisica è la sua capacità di descrivere le transizioni di fase:il brusco cambiamento delle proprietà del materiale quando viene variato qualche parametro esterno, come l'acqua che si congela improvvisamente nel ghiaccio quando scende sotto i 32 gradi Fahrenheit, " ha detto Skinner Phys.org . "Ciò che abbiamo dimostrato è che questo stesso linguaggio può essere applicato a un processo dinamico che coinvolge l'entanglement quantistico. Cioè, le proprietà dinamiche della crescita dell'entanglement hanno anche una transizione di fase in funzione di un parametro esterno, che è la velocità con cui si verificano le misurazioni. Per noi, questa è una connessione bella e sorprendente!"

I ricercatori hanno sviluppato un modello di questa transizione di fase indotta dalla misurazione sulla base di un famoso problema della teoria della percolazione chiamato "griglia di resistori vandalizzata". In questo problema, un vandalo cerca di trovare il minor numero di legami (chiamato "percorso più breve" o "taglio minimo") per tagliare una rete elettrica in modo da disconnettere completamente la rete. I ricercatori hanno dimostrato che il problema del calcolo dell'entropia dell'entanglement in un sistema quantistico è equivalente a questo problema di ottimizzazione, in cui l'obiettivo è trovare un taglio minimo attraverso una rete disordinata che separa la rete in due parti.

In un sistema entangled, la rete rappresenta il sistema quantistico, e ogni misura rappresenta la rottura di uno dei legami. Il grado di entanglement nel sistema è determinato dalla dimensione del taglio minimo in questa rete, cioè., il numero totale di legami ininterrotti che devono essere spezzati per separare il sistema dal resto della rete. In un senso, questo numero indica la frequenza con cui possono essere eseguite le misurazioni prima che un sistema entangled passi alla fase distangled. Poiché reti diverse hanno numeri e disposizioni diversi di legami, il tasso di misurazione critico differisce per i diversi sistemi.

I fisici si aspettano che la comprensione di questa transizione di fase indotta dalla misurazione nella dinamica dell'entanglement possa avere utili implicazioni per lo sviluppo di simulazioni di sistemi quantistici. L'entanglement gioca un ruolo importante nel determinare la difficoltà di simulare la dinamica quantistica su un computer classico. Di conseguenza, la transizione di fase da entangled a distangled implica l'esistenza di una transizione facile-difficile per le simulazioni. Ciò potrebbe consentire ai ricercatori di prevedere meglio la difficoltà delle simulazioni e di cercare alternative più semplici.

"La nostra scoperta ha un'implicazione immediata per la domanda su quanto sia difficile simulare sistemi quantistici usando computer classici, " ha detto Skinner. "Potrebbe anche essere importante per gli schemi di calcolo quantistico, che spesso si basano sul mantenimento dell'entanglement a lungo raggio."

Nel futuro, i ricercatori intendono studiare quanto sia universale il loro modello.

"Ci sono diversi modi di descrivere matematicamente l'entanglement quantistico, " ha detto Skinner. "Ciò che abbiamo mostrato è che una di queste descrizioni è perfettamente analoga a un classico problema di percolazione. Ma in questo momento non è chiaro quanto sia generica questa analogia, e se altri modi di descrivere l'entanglement appartengano alla stessa "classe di universalità". La prima priorità in questo momento è stabilire se l'analogia è solo approssimativa che funziona in alcune situazioni artificiose, o se è completamente generico in una vasta gamma di descrizioni e configurazioni sperimentali."

Vedi i post su Twitter del Dr. Skinner sul giornale.

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