kvantová fyzika

Korejští fyzici navrhli, že dřívější optický experiment mohl nechtěně realizovat takzvaný časový qubit. Nejde o cestování časem, ale o kvantový stav, v němž může proces současně probíhat ve dvou opačných časových směrech. Metoda využívá provázané páry fotonů ze dvou krystalů a změnou fáze laserového světla obrací řízenou část kvantové interakce. Společný koherentní zdroj navíc umožňuje, aby se oba směry dostaly do superpozice a interferovaly. Závěr vychází z nové interpretace dat včetně měření z roku 2018 a zatím jde o preprint bez recenzního řízení. Specializovaný experiment by mohl prověřit možné využití pro kvantové výpočty a korekci chyb.

Tým z Caltechu a Yaleovy univerzity dokázal pomocí výpočtů z prvních principů přesněji popsat Kondoův jev, při němž magnetické příměsi v kovu při nízkých teplotách zvyšují elektrický odpor. Metoda modeluje složité interakce elektronů kolem jednotlivého magnetického atomu bez dosavadních výrazných zjednodušení. Její výsledky se shodly s laboratorními měřeními a v některých případech byly až stokrát přesnější než běžné modely. Zatím byla ověřena na jednoduchých kombinacích kovů a magnetických atomů, do budoucna by však mohla pomoci zkoumat supravodiče, kvantové magnety i další složité materiály.

Historik fyziky Flavio Del Santo objevil v rakouském archivu dosud nepublikovaný třístránkový rukopis Erwina Schrödingera z poloviny 40. let. Text reaguje na tehdejší spor o to, zda je kvantová náhoda skutečná, nebo ji mohou vysvětlit dosud neznámé skryté proměnné. Schrödinger v něm ukázal chybu v argumentu, který měl skryté proměnné vylučovat, a navrhl matematický model reprodukující kvantové pravděpodobnosti i při následných měřeních. Nešlo však nutně o obhajobu determinismu: Schrödinger dlouhodobě zastával názor, že ani deterministické, ani indeterministické pojetí nelze definitivně dokázat či vyvrátit. Nález tak upřesňuje jeho filozofické postoje a připomíná trvající debatu o povaze reality v kvantové fyzice.

Nová studie naznačuje, že vzájemné působení kvantových polí může výrazně potlačovat jejich náhlý přechod do energeticky výhodnějšího stavu. Takový přechod, označovaný jako tunelování z falešného vakua, by mohl zásadně změnit vlastnosti hmoty i základních sil. Autoři modelovali rozpínající se vesmír, v němž sledované pole ovlivňuje okolí tvořené dalšími poli; tento mechanismus přirovnávají k decoherenci a kvantovému Zenoovu jevu. „Kosmické uzamčení“ by mohlo stabilizovat i Higgsovo pole, přestože přechod nelze zcela vyloučit. Výsledky jsou zatím založeny na zjednodušeném modelu a jejich význam pro skutečné Higgsovo pole musí ověřit realističtější výpočty.

Vědci vyvinuli metodu, která pomocí pikosekundových elektrických impulzů obchází rušivý pohyb kvantových vírů v supravodičích druhého typu. Díky tomu mohli zkoumat takzvaný depárovací limit, při němž se rozpadají Cooperovy páry elektronů zajišťující bezodporové vedení proudu. U nitridu niobu pozorovali náhlý zánik supravodivosti po dosažení jasně vymezené prahové hodnoty proudu, zatímco materiál z rodiny YBCO slábl postupně. Rozdíl souvisí s odlišnou symetrií energetické mezery těchto materiálů. Nový postup může zpřesnit studium základních vlastností supravodičů a podpořit vývoj materiálů pro technické využití.

Mezinárodní tým vedený vědci z Caltechu experimentálně potvrdil předpověď z roku 1984 o uspořádání energetických hladin v systémech na kvantových kritických bodech. V kvantovém simulátoru vytvořeném z atomů stroncia zachycených lasery naměřili vzorce připomínající příčky energetického žebříku. Výsledky odpovídaly předpovědím konformních teorií pole pro Isingův i trikritický bod. Experiment s řetězci až 35 atomů ukazuje, že technologie vyvíjené pro kvantové počítače mohou už nyní sloužit k základnímu fyzikálnímu výzkumu. Metoda by mohla pomoci zkoumat i kvantové fáze, jejichž chování klasické počítače nedokážou spolehlivě popsat.

Teoretická studie zkoumala kvantovou teleportaci napodobující chaotické mísení informace uvnitř černých děr. Autoři porovnali jednodušší Cliffordovy obvody bez takzvané kvantové magie s náhodnými operacemi, které jí obvykle disponují. Oba přístupy dosáhly v průměru stejné věrnosti přenosu kvantového stavu, avšak náhodné operace poskytovaly výrazně stabilnější výsledky. U větších modelovaných systémů se výkon jednoduššího postupu blížil dokonalosti a jeho výsledky byly konzistentnější. Klíčové přitom bylo správně sladit způsob dekódování s použitým mísením informace. Práce je zatím teoretická, nebyla recenzována a neznamená možnost přenášet informaci skutečnými černými dírami.

Vědci z Okinawského institutu vědy a techniky zaznamenali, že kvantové spiny elektronů vyvolaly pohyb centimetrového objektu. Grafitová destička levitující nad soustavou magnetů nesla tří milimetrový diamant s defekty typu NV, jejichž spiny lze řídit laserem. Celek o hmotnosti asi 128 miligramů se posunul přibližně o 100 nanometrů. Samotný pohyb byl klasický, podnět k němu však vzešel z kvantového jevu. Experiment může přispět k budoucím pokusům o vytvoření kvantové superpozice u větších objektů a ke zkoumání vztahu kvantové mechaniky a gravitace.

Fyzici z Kjótské a Hirošimské univerzity předvedli novou metodu měření takzvaného W stavu kvantového provázání u tří fotonů. Na rozdíl od dříve běžně měřeného GHZ stavu si W stav zachovává užitečné provázání i po ztrátě jedné částice. Výzkumníci použili optický obvod s diskrétní Fourierovou transformací, který umožňuje určit stav systému jediným měřením místo náročné kvantové tomografie. Metoda správně rozlišila W stav v průměru v 87 procentech případů, tedy nad hranicí potřebnou k prokázání měření tříčásticového provázání. Výsledek může podpořit rozvoj fotonických kvantových počítačů, komunikace, senzorů a kryptografie.

Mezinárodní tým připravil krystaly diantimonidu ytterbia (YbSb2), supravodiče typu I, jenž po ochlazení téměř k absolutní nule vykazuje neobvyklé kvantové vlastnosti. Měření odhalila samovolný vznik slabých vnitřních magnetických polí po přechodu do supravodivého stavu, což naznačuje narušení symetrie obrácení času. Tento jev byl dosud spojován hlavně s nekonvenčními supravodiči typu II. Elektrony v materiálu navíc tvoří netradiční tripletové Cooperovy páry s nenulovým magnetickým momentem. YbSb2 by podle autorů mohl na povrchu hostit Majoranovy kvantové stavy a přispět k vývoji odolnějších prvků pro kvantové počítače.