Ερευνητική ομάδα με επικεφαλής φυσικούς από το Πανεπιστήμιο του Μπάφαλο ανακάλυψε μια μαθηματική λύση που εξηγεί πώς ένας κβαντικός μαγνήτης μπορεί να μεταβεί από μια εξαιρετικά αργή συμπεριφορά σε μια κατάσταση ταχείας και ισχυρά πεπλεγμένης δυναμικής, η οποία προσομοιάζει στη φυσική των μαύρων τρυπών. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Physical Review Letters».
Από την παγίδευση της πληροφορίας στη διασπορά της
Η μαθηματική αυτή λύση συνδέει τα ύαλα σπιν -καταστάσεις της ύλης όπου οι ατομικοί μαγνήτες είναι προσανατολισμένοι άτακτα και παραμένουν ουσιαστικά «παγωμένοι»- με τις ταχείες καταστάσεις που περιγράφονται από το μοντέλο Sachdev-Ye-Kitaev (SYK). Το μοντέλο SYK χρησιμοποιείται για τη μελέτη του κβαντικού χάους και των μελανών οπών.
Στα ύαλα σπιν, η άτακτη διάταξη κάνει το σύστημα να αντιδρά εξαιρετικά αργά στις διαταραχές, με αποτέλεσμα η πληροφορία να παραμένει εγκλωβισμένη για μεγάλες χρονικές περιόδους. Αντίθετα, στην κατάσταση SYK, τα σωματίδια εμπλέκονται τόσο ισχυρά μεταξύ τους που η πληροφορία διασπείρεται με ταχύτατους ρυθμούς.
Το φαινόμενο της κβαντικής «τήξης»
Χρησιμοποιώντας τεχνικές της κβαντικής θεωρίας πεδίου, οι ερευνητές μελέτησαν τη συμπεριφορά του συστήματος καθώς η θερμοκρασία μειώνεται προς το απόλυτο μηδέν. Διαπίστωσαν ότι οι ισχυρές κβαντικές διακυμάνσεις μπορούν να «λιώσουν» την ακινητοποιημένη δομή του ύαλου σπιν, οδηγώντας το σύστημα από τις εξαιρετικά αργές στις ταχύτατες αλληλεπιδράσεις του μοντέλου SYK.
Η κατανόηση αυτής της μετάβασης προσφέρει νέες γνώσεις για τον έλεγχο της αποθήκευσης και της διασποράς της πληροφορίας σε μελλοντικές κβαντικές τεχνολογίες.