Международная группа исследователей изучила роль памяти в квантовых системах и динамике. Их результаты показывают, что квантовый процесс может казаться не имеющим памяти с одной точки зрения, но сохранять память с другой. Это открытие открывает новые направления исследований в области квантовых систем и технологий.

В классической физике понятие памяти хорошо изучено. Если будущая эволюция системы зависит только от её текущего состояния, то процесс считается безпамятным. С другой стороны, если прошлые состояния продолжают влиять на будущие результаты, то система обладает памятью.

Однако в квантовой физике эта ясность долгое время отсутствовала. Квантовые системы могут хранить и передавать информацию способами, не имеющими классического аналога, и акт измерения играет фундаментальную роль в динамике этих процессов.

В исследовании, опубликованном в журнале PRX Quantum, исследователи из Университета Турку в Финляндии, Миланского университета в Италии и Университета Николая Коперника в Торуне в Польше рассматривают эту давнюю проблему, переосмысливая значение понятия «память» в квантовом контексте.

«Наша работа показывает, что память — это не единое понятие, а может проявляться по-разному в зависимости от того, как описывается эволюция системы», — говорит первый автор, докторант Федерико Сеттимо из Университета Турку.

Эффекты памяти широко изучались в последние годы и хорошо описаны в контексте эволюции квантовых состояний — подходе, первоначально сформулированном Эрвином Шрёдингером.

Однако квантовая механика допускает и столь же фундаментальную и исторически отличную перспективу, разработанную Вернером Гейзенбергом: вместо эволюции состояний описывается временная эволюция наблюдаемых величин, то есть физических величин, непосредственно измеряемых в экспериментах.

Хотя обе картины дают одинаковые значения для любых экспериментальных результатов, они не эквивалентны при описании эффектов памяти, как показывает новое исследование.

Исследователи продемонстрировали, что это различие имеет прямые последствия для того, как можно наблюдать память. Некоторые эффекты памяти можно обнаружить только путем отслеживания эволюции квантовых состояний, в то время как другие проявляются исключительно при рассмотрении эволюции наблюдаемых величин.

Таким образом, квантовый процесс может выглядеть без памяти с одной точки зрения, но демонстрировать память с другой. Этот результат показывает, что квантовая память богаче, чем считалось ранее, и её нельзя полностью описать, сосредоточившись только на квантовых состояниях.

«Наши результаты открывают новые направления исследований динамики квантовых систем. Более того, наша работа имеет значение не только для квантовых технологий, где внешняя среда вызывает шум и эффекты памяти. Понимание того, как можно наблюдать за памятью, имеет важное значение для разработки стратегий по снижению шума или использованию эффектов окружающей среды в реальных квантовых устройствах», — говорит профессор теоретической физики Юрки Пиило из Университета Турку.

В целом, исследование проясняет фундаментальный аспект квантовой динамики и подчеркивает, как уникальная квантовая природа эволюции времени меняет даже такие базовые понятия, как память.