В турбулентных жидкостях смешивание компонентов происходит легко. Однако в более вязких жидкостях, например, в тех, которые заключены в клеточных компартментах, перемешивание частиц и молекул значительно сложнее. Поскольку время также играет роль в таких системах, медленное смешивание за счёт молекулярного движения обычно недостаточно эффективно, поэтому для поддержания функциональности требуются стратегии интенсивного перемешивания.
В отделе физики живой материи в MPI-DS учёные исследовали универсальные физические принципы, лежащие в основе такой динамики смешивания. Они определили протоколы, которые позволяют оптимально смешивать систему, когда энергетические затраты или движение жидкости являются ограничивающими факторами. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
«Мы обнаружили, что наиболее эффективные стратегии перемешивания имеют универсальную структуру и симметричны во времени», — говорит Лука Коккони, первый автор исследования. «Эти оптимальные протоколы выявляют фундаментальный предел того, насколько эффективно может быть стёрта информация — например, об идентичности и положении частиц — в таких системах».
«Мы смогли получить явные результаты без прибегать к моделированию», — объясняет Андрей Вилфан, последний автор исследования. «Это замечательно, поскольку такие задачи оптимизации часто не поддаются аналитическому решению».
В целом, исследование углубляет понимание динамики смешивания как в клеточных, так и в микрофлюидных системах. В то же время оно предоставляет теоретическую основу для разработки эффективных стратегий смешивания в технике на микроуровне.
Предоставлено обществом Макса Планка.
Учёные экспериментально создали коллективную квантовую запутанность на основе тёмных состояний
Исследовательская группа, связанная с UNIST, успешно продемонстрировала экспериментальное создание коллективной квантовой запутанности, основанной на тёмных состояниях, которые ранее были ограничены теоретическими моделями. Результаты опубликованы онлайн в Nature Communications.
В отличие от ярких состояний, тёмные состояния обладают высокой устойчивостью к внешним возмущениям и демонстрируют удивительно длительное время жизни, что делает их перспективными кандидатами для квантовых технологий следующего поколения, таких как квантовая память и сверхчувствительные датчики.
Под руководством профессора Дже-Хьюнга Кима из Департамента физики в UNIST, в сотрудничестве с доктором Чанхёпом Ли из Корейского исследовательского института стандартов и науки (KRISS) и доктором Джин Донг Сонгом из Корейского института науки и технологий (KIST), команда достигла контролируемого индуцирования коллективного запутывания на основе тёмных состояний. Примечательно, что это запутывание демонстрирует время жизни, примерно в 600 раз превышающее время жизни обычных ярких состояний.
Квантовая запутанность между несколькими неразличимыми частицами обычно проявляется в виде ярких или тёмных состояний. Тёмные состояния характеризуются их почти полной невидимостью для излучаемого света, что позволяет запутыванию сохраняться в течение длительных периодов.
Хотя эта защитная функция имеет огромный потенциал для хранения и передачи квантовой информации, создание и поддержание тёмных состояний долгое время представляло существенные экспериментальные трудности.
Исследователи преодолели эти препятствия, используя нанокристалл с тщательно настроенными скоростями потерь, балансируя силой связи между квантовыми точками и диссипацией полости.
Доктор КюЁн Ким, первый автор исследования, объяснил: «Когда потери в полости слишком велики, квантовые точки действуют независимо, не влияя друг на друга. И наоборот, если связь достаточно сильна, формируется коллективное запутанное состояние, устойчивое к внешним возмущениям».
В своих экспериментах команда наблюдала, что запутывание в тёмном состоянии может длиться до 36 наносекунд — время жизни, примерно в 600 раз превышающее 62 пикосекунды, типичные для ярких состояний. Кроме того, они обнаружили такие явления, как неколлинеарное группирование фотонов, что является прямым доказательством формирования тёмного состояния.
Профессор Ким отметил: «Эта экспериментальная реализация запутанности тёмного состояния — когда-то только теоретической — показывает, что, тщательно регулируя потери, мы можем сохранять квантовые корреляции в течение длительного времени. Это открывает новые возможности для хранения квантовой информации, высокоточных датчиков и технологий сбора энергии, основанных на квантовых принципах».
Предоставлено Национальным институтом науки и технологий Ульсана.