Les systèmes quantiques sont connus pour être sujets à la dissipation, un processus qui entraîne la perte irréversible d'énergie et qui est généralement liée à la décohérence. La décohérence, ou la perte de cohérence, se produit lorsque les interactions entre un système quantique et son environnement provoquent une perte de cohérence, qui est finalement ce qui permet aux systèmes quantiques d'exister dans une superposition d'états.
Bien que la dissipation soit généralement considérée comme une source de décohérence dans les systèmes quantiques, les chercheurs de l'Université de Tsinghua ont récemment montré qu'il pouvait également être mis à profit pour étudier la question quantique fortement corrélée.
Leur article, publié dans Physique de la natureintroduit une nouvelle méthode pour sonder des corrélations quantiques quantiques intrinsèques et démontre son potentiel d'étude de la dynamique dissipative dans des gaz quantiques unidimensionnels (1D) fortement corrélés.
« Notre travail a été inspiré par les domaines émergents des systèmes quantiques ouverts et de la physique non hémateuse », a déclaré Yajuan Zhao, premier auteur du journal, à Issues.fr. « Au lieu de considérer la dissipation comme source de décohérence, nous avons cherché à l'utiliser comme un outil pour révéler des corrélations quantiques intrinsèques à plusieurs corps. »
Dans le cadre de leur étude récente, Zhao et ses collègues ont voulu concevoir une stratégie entièrement nouvelle pour détecter les caractéristiques intrinsèques corrélées dans des systèmes quantiques fortement corrélés, tels que les gaz quantiques 1D, tirant parti des effets de dissipation (c'est-à-dire, atteignant les méthodes de mécanique quantique conventionnelles basées sur des opérateurs hermitiens).
Pour démontrer leur approche proposée, ils ont d'abord préparé les gaz Bose 1D en utilisant des atomes RB-87 ultracold, qui ont été piégés dans un réseau 1D de tubes dans un réseau optique 2D.
« En faisant briller la lumière de dissipation presque résonante sur les gaz, nous avons induit une perte à un corps contrôlée et surveillé la désintégration du nombre d'atomes via l'imagerie d'absorption », a expliqué Zhao.
« Au lieu d'une simple désintégration exponentielle, nous avons observé une décroissance étirée-exponentielle, où l'exposant étiré est une propriété universelle, déterminée uniquement par la résistance à l'interaction sans dimension, indépendamment des caractéristiques de la sonde dissipative, et robuste contre les effets thermiques.
Les chercheurs ont utilisé la lumière pour contrôler la dissipation dans les gaz quantiques 1D. Ils ont constaté que cela leur permettait de sonder les corrélations quantiques dans ces systèmes. Dans l'ensemble, leurs résultats démontrent que la dissipation peut également être exploitée, permettant la collecte de mesures qui seraient difficiles à atteindre l'emploi d'autres approches existantes pour étudier les corrélations quantiques à plusieurs corps.
« La conclusion la plus notable est que la désintégration du nombre d'atome sous une perte à un corps bien contrôlée suit une loi universelle exponentielle étirée, avec l'exposant étiré lié à la dimension anormale de la fonction spectrale, qui est difficile d'être mesurée dans des systèmes fermés », a déclaré Zhao.
Cette étude récente de Zhao et de ses collègues pourrait bientôt ouvrir de nouvelles possibilités pour l'étude de systèmes quantiques quantiques fortement corrélés et de matériaux quantiques. À l'avenir, les méthodes utilisées par les chercheurs pourraient aider à mieux comprendre ces systèmes fortement corrélés, ce qui pourrait à son tour éclairer également le développement de nouvelles technologies quantiques.
« Notre expérience fournit un moyen nouveau et accessible expérimentalement pour sonder les corrélations quantiques, vérifier la validité de l'utilisation de la dissipation en tant que sonde, et étend ainsi la théorie de la réponse linéaire conventionnelle des systèmes fermés aux systèmes ouverts », a ajouté Zhao.
« Dans nos prochaines études, nous prévoyons d'utiliser cette sonde dissipative pour explorer d'autres phénomènes quantiques à plusieurs corps, tels que la séparation des charges de spin et le comportement liquide non Fermi dans les supraconducteurs à haute température. »
