Illustration schématique de nos réalisations. Nous établissons un cadre général pour dériver des limites de vitesse qualitativement plus strictes d'une quantité A que de nombreux conventionnels, qui dépendent de toute la gamme de A , tel que ΔA ou ∥A ∥opération . Notre stratégie consiste à cartographier la dynamique générale qui nous intéresse à la dynamique sur un graphique, où nous utilisons la conservation locale de la probabilité. Contrairement aux limites conventionnelles, nos limites de vitesse impliquent le gradient ∇A de A sur le graphique, ce qui peut considérablement resserrer la borne lorsque ∇A ≪ΔA ou ∥A ∥opération . Lorsqu'elle est appliquée à des systèmes quantiques macroscopiques (tels que le transport macroscopique d'atomes ou la relaxation d'une chaîne de spin localement perturbée), notre théorie indique une nouvelle relation de compromis entre le temps et la différence de phase quantique. Lorsqu'elle est appliquée à la dynamique stochastique macroscopique, y compris la dynamique quantique, notre théorie indique une relation de compromis entre le temps et des quantités telles que la production d'entropie. Crédit :PRX Quantum (2022). DOI :10.1103/PRXQuantum.3.020319
Une expression de la vitesse maximale à laquelle des changements dans les systèmes macroscopiques peuvent se produire a été dérivée par un physicien théoricien du RIKEN. Cela approfondira notre compréhension des phénomènes quantiques dans les systèmes qui ne sont pas en équilibre.
L'un des aspects les plus difficiles à comprendre de la mécanique quantique est le principe d'incertitude de Heisenberg qui stipule qu'il n'est pas possible de déterminer simultanément la position et la quantité de mouvement d'un objet. En d'autres termes, plus la position d'une particule est déterminée avec précision, plus la plage de son impulsion possible devient large (et vice versa).
En 1945, deux physiciens, Leonid Mandelstam et Igor Tamm, se sont concentrés sur un autre type de relation d'incertitude, à savoir celle entre le temps et la fluctuation de l'énergie, et ont montré que les transitions dans les systèmes quantiques ne se produisent pas instantanément; au lieu de cela, la vitesse à laquelle une transition se produit est plafonnée par une quantité déterminée par la fluctuation de l'énergie du système.
De nombreuses autres limites de vitesse dites quantiques ont ensuite été dérivées, qui ont aidé à mieux comprendre la physique des systèmes quantiques et ont été utiles dans diverses applications quantiques.
Mais de gros problèmes surgissent lorsque des limites de vitesse quantiques sont appliquées à des systèmes macroscopiques. "Les limites de vitesse quantiques précédentes, qui sont utiles pour les petits systèmes, perdent généralement leur sens pour les transitions macroscopiques", note Ryusuke Hamazaki de l'équipe de recherche RIKEN Hakubi sur la mécanique statistique quantique sans équilibre. "Par exemple, les limites de vitesse quantiques conventionnelles donnent une borne supérieure infinie pour la vitesse des transitions dans un gaz composé d'atomes."
Maintenant, Hamazaki a réussi à dériver une limite de vitesse quantique pour les transitions dans les systèmes macroscopiques.
"Cette nouvelle dérivation fournit des limites fondamentales qui peuvent être appliquées à divers types de phénomènes macroscopiques quantiques hors d'équilibre", dit-il. "J'espère que de nombreuses lois fondamentales et applications concernant la dynamique quantique macroscopique apparaîtront sur la base des concepts introduits dans cette étude."
Hamazaki a dérivé la limite de vitesse quantique la plus stricte en développant un cadre général basé sur la loi de conservation de la probabilité, un principe fondamental de la physique.
Un résultat inattendu pour Hamazaki a été la découverte d'une nouvelle relation de compromis. "Au lieu d'une relation de compromis entre le temps et la fluctuation de l'énergie, comme dans la liaison Mandelstam-Tamm, j'en ai trouvé une entre le temps et le gradient de la phase quantique, une quantité fondamentale en physique quantique."
Hamazaki a maintenant l'intention d'étendre sa stratégie pour voir si elle peut être utilisée pour dériver des limites de vitesse quantique pour des quantités telles que la croissance de l'intrication quantique. Les limites de vitesse quantiques ne sont pas réellement quantiques
