Fizicienii rezolvă ecuațiile care leagă magnetismul cuantic ultraslow de fizica găurilor negre ultrafast
O echipă de fizicieni a găsit o soluție matematică ce descrie modul în care un magnet cuantic frustrat poate trece de la un comportament ultraslow la unul ultrafast, puternic împletit, similar celui dintr-o gaură neagră. Rezultatele au fost publicate pe 17 septembrie în Physical Review Letters.
Cercetarea conectează sticlele de spin – stări ale materiei în care magneții atomici sunt orientați în direcții dezordonate și rămân efectiv înghețați pe loc – de stările rapide și împletite descrise de modelul Sachdev-Ye-Kitaev (SYK), utilizat pentru studierea fizicii găurilor negre, a haosului cuantic și a altor fenomene exotice.
„Am găsit, în esență, matematica ce descrie cum materia poate trece de la unele dintre cele mai lente stări din dinamica cuantică la unele dintre cele mai rapide”, a declarat Jamir Marino, profesor asistent de fizică și autor senior al studiului.
La studiu au colaborat Subir Sachdev, profesor de fizică la Universitatea Harvard, care a propus modelul SYK împreună cu Jinwu Ye, și Hossein Hosseinabadi, primul autor al lucrării, fost student în laboratorul lui Marino și în prezent cercetător postdoctoral la Institutul Max Planck pentru Fizica Sistemelor Complexe din Germania.
De la păstrarea informației la amestecarea ei
Într-o sticlă de spin, spinii magnetici dezordonați răspund extrem de lent la perturbații, ceea ce permite informației să rămână captivă perioade îndelungate. Acest lucru face sticlele de spin relevante pentru tehnologiile în care informația trebuie păstrată, precum și pentru rezolvarea problemelor complexe de optimizare din inteligența artificială.
Comportamentul SYK se situează la extrema opusă. Particulele devin atât de puternic împletite încât informația se răspândește rapid, sau se amestecă, între ele – similar modului în care informația este amestecată într-o gaură neagră.
Echipa lui Marino a încercat să înțeleagă mai bine ce se întâmplă cu o sticlă de spin pe măsură ce fluctuațiile cuantice devin mai puternice, în special la temperaturi extrem de scăzute, unde comportamentul său a fost dificil de descris matematic. Folosind tehnici de teorie cuantică a câmpului bazate pe o reprezentare neconvențională a spinilor, cercetătorii au putut investiga ce se întâmplă pe măsură ce temperatura scade.
Spre surprinderea lor, au descoperit că, în loc să devină pur și simplu mai ferm înghețată, sticla de spin poate ceda locul dinamicii rapide și puternic împletite descrise de modelul SYK. Fluctuațiile perturbă aranjamentul blocat al spinilor, determinând în cele din urmă particulele să devină atât de puternic împletite încât își pierd identitatea individuală.
„În mod normal, te gândești că scăderea temperaturii va îngheța ceva și mai mult”, a spus Marino. „Dar aici, efectele cuantice pot practic topi sticla de spin și te pot duce de la o dinamică extrem de lentă la o dinamică extrem de rapidă.”
„Înțelegerea acestei tranziții – și a tuturor stărilor intermediare – ar putea ajuta în cele din urmă la un control mai bun al stocării și răspândirii informației în tehnologiile cuantice”, a adăugat el.
Studiul, intitulat „Crossover to Sachdev-Ye-Kitaev Criticality in an Infinite-Range Quantum Heisenberg Spin Glass”, a fost publicat în Physical Review Letters, cu DOI: 10.1103/81qf-zd3y, și este disponibil și pe arXiv: arxiv.org/abs/2603.11263.
