Badanie w tej sprawie zostało opublikowane na łamach PRX Quantum i koncentruje się na fundamentalnym pytaniu: w jaki sposób układy kwantowe “pamiętają” swoją przeszłość podczas ewolucji w czasie. W klasycznej fizyce definicja pamięci jest stosunkowo prosta. Jeśli przyszły stan systemu zależy wyłącznie od jego aktualnego stanu, proces uznaje się za bezpamięciowy. Jeśli jednak wcześniejsze stany nadal wpływają na przyszłe zachowanie, mówimy o układzie posiadającym pamięć.
Czytaj też: Fizycy stworzyli katapultę, a teraz strzelają z niej elektronami. Zbliżają się do granic fizyki
W świecie mechaniki kwantowej sytuacja okazuje się znacznie bardziej skomplikowana. Układy kwantowe mogą przechowywać i przekazywać informacje w sposób, który nie ma odpowiednika w fizyce klasycznej. Dodatkowo sam akt pomiaru odgrywa aktywną rolę w dynamice układu. Innymi słowy, nie jest jedynie pasywną obserwacją, lecz wpływa na stan systemu i jego dalszą ewolucję.
Kluczowym elementem nowej pracy było porównanie dwóch fundamentalnych sposobów opisywania dynamiki kwantowej: tzw. obrazu Schrödingera oraz obrazu Heisenberga. W pierwszym przypadku śledzi się ewolucję stanu kwantowego w czasie, natomiast w drugim analizuje się zmiany obserwowalnych wielkości fizycznych, czyli wartości, które można zmierzyć w eksperymencie. Oba podejścia prowadzą do identycznych przewidywań wyników pomiarów, jednak – jak pokazali badacze – mogą prowadzić do zupełnie różnych wniosków na temat istnienia pamięci w danym procesie.
Pamięć kwantowa ma zdecydowanie więcej nieznanych aspektów, niż można było przypuszczać
W praktyce oznacza to, iż ten sam proces kwantowy może wyglądać jak całkowicie bezpamięciowy z jednej perspektywy, a z drugiej ujawniać wyraźne ślady wpływu wcześniejszych stanów. Naukowcy wykazali, że niektóre efekty pamięci można wykryć wyłącznie wtedy, gdy analizuje się ewolucję stanów kwantowych. Inne natomiast pojawiają się tylko w analizie obserwowalnych wielkości fizycznych. Odkrycie to pozwala sądzić, że pamięć w świecie kwantowym nie jest pojedynczym zjawiskiem. Zamiast tego ma kilka różnych form zależnych od sposobu opisu systemu.
Zdaniem autorów badań wyniki mają znaczenie nie tylko dla podstaw fizyki, ale i dla rozwijających się technologii kwantowych. W rzeczywistych urządzeniach, takich jak komputery kwantowe czy sieci kwantowe, układy kwantowe stale oddziałują ze swoim otoczeniem. Interakcje te wprowadzają zakłócenia oraz efekty pamięciowe, które mogą pogarszać stabilność obliczeń lub transmisji informacji.
Czytaj też: Silnik przyszłości nie potrzebuje większej mocy. Potrzebuje lepszego materiału
Lepsze zrozumienie mechanizmów powstawania i wykrywania pamięci kwantowej może pomóc naukowcom w opracowaniu metod ograniczania takich zakłóceń lub nawet wykorzystania ich w praktyce. Badanie otwiera także nowe kierunki w analizie dynamiki układów kwantowych, co będzie kluczowe dla projektowania bardziej stabilnych komputerów kwantowych, precyzyjnych czujników oraz przyszłych systemów komunikacji opartych na zjawiskach kwantowych.
Źródło: PRX Quantum, SciTechDaily
