Почему квантовые частицы шумят ✛ ✎

Оригинал: "Quantum Model Of Spin Noise"
arXiv:1407.7620 · 2014-07-29 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Шум от квантовых частиц — это след от измерений, а не случайные поля.

Даже если квантовые частицы лежат спокойно, они всё равно создают шум. Этот шум похож на следы, которые остаются после каждого измерения. Раньше учёные думали, что шум вызывают какие-то случайные поля, но теперь выяснилось: его создают сами измерения.

Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два. Так и квантовая система: каждое измерение оставляет отпечаток, меняя её состояние. Учёные построили модель, где эволюция частиц — это цепочка измерений и эволюций. Для сильных измерений используются проекторы, для слабых — POVM-элементы с гауссовым профилем.

Шум растёт как корень из числа частиц. Если частиц 100, то шум в 10 раз больше, чем у одной.

Это открытие помогает в квантовых компьютерах, где шум мешает частицам сохранять информацию. Теперь инженеры могут лучше проектировать схемы коррекции ошибок, зная, откуда берётся шум. И в точных датчиках, например в магнитометрах, можно точнее интерпретировать сигнал.

В 1946 году Феликс Блох предсказал, что даже без внешнего магнитного поля в ансамбле спинов существует флуктуирующий магнитный момент, пропорциональный корню из числа частиц. Этот эффект был экспериментально подтверждён лишь спустя десятилетия.

R(k) = \frac{N}{4} e^{-t_k/T}
Корреляция между измерениями экспоненциально затухает со временем
\sigma[M; t_1] = \frac{1}{2}\sqrt{N}
Шум растёт как корень из числа спинов
Учёные
Niels BohrPascual JordanWerner HeisenbergEnrico FermiPaul DiracSatyendra Nath Bose
Понятия
статистический шум спиновая пена квантовое число теорема о связи спина и статистики дрожание случайная флуктуация стохастические флуктуации ось вращения флуктуация колебание неустойчивость волновая функция неопределённость стохастический нейтринные осцилляции виртуальная частица осцилляции нейронных сетей спин теория вероятностей вибрация