Prosta metoda o skomplikowanych korzeniach
Profesor Tsvi Tlusty z koreańskiego UNIST oraz Jean-Pierre Eckmann z Uniwersytetu Genewskiego odkryli, że sposobem na wyjście z problematycznej sytuacji jest podwojenie przeskalowanej siły napędowej. Jak wyjaśniają, pojedyncze zastosowanie tej siły nie wystarcza, ale jej podwójne użycie gwarantuje powrót do punktu wyjścia.
Nieważne, jak skomplikowana była historia rotacji, istnieje prosty przepis: przeskaluj siłę napędową i zastosuj ją dwukrotnie. Pojedyncze zastosowanie nigdy nie jest wystarczające, ale zastosowanie tej podwojonej, przeskalowanej siły gwarantuje dokładny powrót – wyjaśniają
Czytaj też: Fizycy przekraczają twierdzenie Carnota. Silniki kwantowe mogą być wydajniejsze od klasycznych
Co czyni to odkrycie wyjątkowym, to jego uniwersalny charakter. Mechanizm działa tak samo w przypadku klasycznych żyroskopów w satelitach, jak i dla kubitów w komputerach kwantowych czy spinów magnetycznych w urządzeniach medycznych. Badanie, które ukazało się w Physical Review Letters, opiera się na zaawansowanej teorii grup matematycznych. Systemy klasyczne opisuje grupa SO(3), natomiast obiekty kwantowe podlegają grupie SU(2). Naukowcy wykazali, że ich metoda działa w obu tych przypadkach. Kluczową koncepcją jest przedstawienie każdego obrotu jako „spaceru” w matematycznej przestrzeni grup rotacji. Badacze udowodnili, że niemal każdy taki spacer, nawet najbardziej chaotyczny, można cofnąć poprzez dwukrotne przebycie odpowiednio przeskalowanej ścieżki.
Ten nowy wynik gwarantuje, że niezależnie od tego, jak skomplikowana jest choreografia, zawsze istnieje sposób na przywrócenie systemu do jego pierwotnej pozycji – dodają
Nie tylko teoretyczne ustalenia
Choć brzmi to wręcz nieprawdopodobnie, odkrycie może znaleźć konkretne zastosowania. W kosmonautyce precyzyjna kontrola orientacji satelitów ma kluczowe znaczenie dla powodzenia misji. Nawet niewielkie odchylenia mogą prowadzić do utraty kontroli nad kosztownym sprzętem. W dziedzinie medycyny metoda może usprawnić działanie rezonansu magnetycznego poprzez dokładniejszą kontrolę spinów, co przełoży się na wyraźniejsze obrazy diagnostyczne. Może także pomóc w analizie aktywności neuronów oraz terapiach wykorzystujących spiny magnetyczne. Największe nadzieje wiąże się jednak z komputerami kwantowymi. Kubity są wyjątkowo wrażliwe na zakłócenia, a każdy błąd może zniweczyć całe obliczenie. Możliwość niezawodnego resetowania kubitów do znanego stanu stanowiłaby ważny krok w rozwoju praktycznych obliczeń kwantowych.
Czytaj też: Nowe kryształy czasu. Jak fluktuacje kwantowe tworzą porządek z nieporządku
Zakończenie wieloletnich poszukiwań uniwersalnego mechanizmu kontroli systemów obrotowych to niewątpliwie znaczące osiągnięcie. To, co jeszcze niedawno wydawało się niemożliwe – precyzyjny powrót do stanu początkowego po dowolnie skomplikowanych rotacjach – okazało się możliwe dzięki połączeniu prostoty działania ze złożonością matematycznych podstaw.