Толпа людей вдруг начинает двигаться как один человек. В физике такое случается с атомными спинами — крошечными магнитными стрелками. Когда много спинов собираются вместе и общаются через общую среду, они образуют один большой магнит, или макроспин. Этот макроспин не просто указывает в одном направлении: он может застрять в нескольких положениях, как кубик льда, который не хочет таять, даже когда вокруг тепло.
В новой работе учёные построили мост между квантовым миром и привычной нам реальностью. Они применили метод, который отслеживает не сами спины, а вероятности их состояний — как если бы мы следили не за каждым человеком в толпе, а за общей волной движения. Этот подход, основанный на квантовой квазивероятностной динамике, позволил точно описать, как макроспин переходит из одного устойчивого состояния в другое, например, из положения «вверх» в «вниз». Раньше пользовались упрощённым методом Вигнера, но он упускал из виду нестандартные, не-гауссовы флуктуации — примерно как если бы мы описывали погоду, игнорируя ураганы и считая, что ветер всегда дует ровно.
Новый подход не только точнее предсказывает, в каком состоянии окажется система в конце концов, но и показывает, как быстро это произойдёт. Оказалось, что скорость переключения зависит от размера системы (числа спинов) по строгому закону, который раньше не могли уловить. Это похоже на то, как время замерзания лужи зависит от её глубины: глубокая замерзает медленнее, и этот процесс можно точно рассчитать, зная физику льда. Теперь такой же точный расчёт возможен для квантовых магнитов.
Тот самый кубик льда, который не тает, наконец поддаётся расчёту. И толпа, движущаяся как один, обретает чёткий ритм.
Коллективное поведение спинов напоминает синхронное мигание светлячков в лесу: каждый жучок действует сам по себе, но вместе они создают единый ритм. Так и атомы в макроспине «договариваются» через общее поле, образуя устойчивый узор.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетные существа используют квантовые эффекты для обработки информации, а их коллективное сознание напоминает макроспин, переключающийся между состояниями под действием внешних сигналов.