Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο της Γάνδης, το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης έδωσαν νέα απάντηση σε ένα παλιό πρόβλημα της θεωρητικής φυσικής, δείχνοντας τι συμβαίνει σε ένα σωματίδιο όταν συναντά ένα λεγόμενο «duality defect».
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Physics, δείχνει ότι ένα κβαντικό κυματοπακέτο περνά από το όριο δύο ισοδύναμων κβαντικών κόσμων με πιθανότητα 100%. Ωστόσο, δεν εμφανίζεται στην άλλη πλευρά ως ένα συνηθισμένο σωματίδιο.
Αντίθετα, μετατρέπεται σε ένα μη τοπικό αντικείμενο, μια λεπτή κβαντική «ομίχλη» που συνδέεται με το όριο μέσω μιας αόρατης κλωστής.
Η λύση στο παράδοξο του μονόπολου
Το αποτέλεσμα συνδέεται με ένα γνωστό πρόβλημα που εμφανίστηκε στη φυσική ήδη από τη δεκαετία του 1980. Όταν ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο αλληλεπιδρά με έναν υποθετικό μαγνητικό μονόπολο, οι υπολογισμοί έδειχναν ότι η εξερχόμενη κατάσταση φαινόταν να εξαφανίζεται από τη θεωρία.
Η νέα εργασία δείχνει ότι το σωματίδιο δεν χάνεται. Καταλήγει σε έναν «στρεβλωμένο» τομέα της θεωρίας, όπου αποκτά διαφορετική μορφή.
«Το σωματίδιο περνά κάθε φορά – δεν έχει επιλογή, επειδή το ελάττωμα είναι τοπολογικό», εξηγεί ο Frank Verstraete. «Αυτό που εμφανίζεται στην άλλη πλευρά δεν είναι πλέον ένα συνηθισμένο σωματίδιο. Είναι ένα μη τοπικό αντικείμενο».
Η κρυφή κβαντική δομή
Οι ερευνητές μελέτησαν το φαινόμενο σε μια αλυσίδα κβαντικών σπιν, ένα σύστημα που μπορεί να προσομοιωθεί σε υπολογιστές και μελλοντικά σε κβαντικούς προσομοιωτές.
Χρησιμοποίησαν την έννοια του «duality defect», η οποία συνδέει δύο περιγραφές της ίδιας φυσικής πραγματικότητας. Μέσω tensor networks, οι επιστήμονες έδειξαν ότι το όριο διαθέτει τη δική του κρυφή κβαντική δομή, η οποία καθορίζει τόσο την τέλεια μετάδοση όσο και τη μεταμόρφωση του σωματιδίου.
Το αποτέλεσμα θα μπορούσε να ελεγχθεί πειραματικά με ψυχρά άτομα, παγιδευμένα ιόντα ή υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές, προσφέροντας έναν νέο τρόπο παρατήρησης της αλλαγής ταυτότητας ενός κβαντικού αντικειμένου.
