Физик из МФТИ выяснил, как можно математически "деформировать" время

Ученые из России и Польши создали математические инструменты, позволяющие "деформировать" время при описании поведения физических систем, что ускорит поиски квантовых объектов с необычными и интересными свойствами.  Их выводы были представлены в журнале Physical Review A. 

"Физически мы, конечно, не можем ускорять или замедлять время так, чтобы это меняло всю физику системы. К примеру, в теории относительности время течёт в разных системах отсчёта по-разному, но физика процессов при этом не меняется. Мы же рассматриваем добавление в уравнения явно зависящего от времени множителя, что приводит к нефизической деформации времени в уравнении", — рассказывает Сергей Филиппов, специалист по математической физике из МФТИ, чьи слова передает пресс-служба вуза.

Практически все процессы, происходящие в квантовом мире, невозможно корректно описать при помощи классических законов физики, сформулированных Ньютоном, Фарадеем и другими великими физиками прошлого.

Причина этого заключается в том, что все квантовые объекты расположены не в одной точке и имеют четко заданные свойства, как предметы в макромире, а "размазаны" по пространству и одновременно находятся сразу в нескольких состояниях.

Подобные свойства позволяют использовать их для создания "невозможных" устройств и датчиков, в том числе квантовых компьютеров, абсолютно случайных генераторов случайных чисел и систем связи, которые невозможно взломать. Многие из них были изначально открыты теоретически, и только потом ученым удалось воссоздать их в реальном мире. 

Ученых, как отмечает Филиппов, уже почти целый век интересует то, как эти конструкции взаимодействуют с другими объектами реального мира, и почему многие квантовые системы постепенно теряют свои свойства и начинают "соблюдать" классические законы физики.

Первые же наблюдения за подобными взаимодействиями раскрыли любопытную картину – оказалось, что часть квантовых объектов теряет свои свойства не постепенно, как ожидали увидеть ученые, а скачкообразно. Иными словами, степень их "квантовости" не только падала, но и периодически повышалась, и ученые до сих пор не понимают, почему это происходят и что отличает одни квантовые объекты от других в этом отношении.

Филиппов и его коллега Дариуш Хрусьцинский (Dariusz Chruscinski) из университета Коперника в Торуни (Польша)  научились предсказывать,  как поведет себя тот или иной квантовый объект, изучая то, как математическое замедление или ускорение времени будет влиять на поведение уравнений, описывающих эти структуры. 

Как показали их расчеты, "обычные" жители квантового мира, чей уровень квантовости постепенно падает, и их аномальные собратья по-разному реагируют на деформации времени. Это позволяет целенаправленно искать подобные структуры и использовать их для создания новых квантовых приборов.

К примеру, подобные квантовые системы могут найти применение в создании кубитов, ячеек квантовой памяти, а также в манипуляциях их содержимым. Как надеются ученые, их математические находки помогут открыть новые, еще более интересные квантовые материалы.