Квантовая запутанность изучена в многоимпульсном спиновом локинге ядерного магнитого резонанса, когда система спинов, связанных диполь-дипольным взаимодействием в сильном магнитном поле, облучается периодической многоимпульсной последовательностью резонансных высокочастотных φ-импульсов с одинаковыми задержками 2τ между последовательными импульсами. При временах t ∼ T2 (T2 ≈ ω−1loc , ωloc определяется диполь-дипольным взаимодействием) в системе устанавливается квазиравновесие, структура которого зависит от соотношения импульсного поля ω1 = φ/2τ и ωloc. При ω1 / ωloc устанавливается однотемпературное квазиравновесное состояние, а при ω1 ≫ ωloc возникает квазиравновесие с дипольной и зеемановской температурами. Исследована зависимость запутанности от температуры в случае ω1 / ωloc. При ω1 ≫ ωloc дальнейшая эволюция системы определяется уравнениями Провоторова и ведет к выравниванию дипольной и зеемановской температур. Показано, что в этом случае запутанность отсутствует.
Квантовая запутанность изучена в многоимпульсном спиновом локинге ядерного магнитого резонанса, когда система спинов, связанных диполь-дипольным взаимодействием в сильном магнитном поле, облучается периодической многоимпульсной последовательностью резонансных высокочастотных φ-импульсов с одинаковыми задержками 2τ между последовательными импульсами. При временах t ∼ T2 (T2 ≈ ω−1loc , ωloc определяется диполь-дипольным взаимодействием) в системе устанавливается квазиравновесие, структура которого зависит от соотношения импульсного поля ω1 = φ/2τ и ωloc. При ω1 / ωloc устанавливается однотемпературное квазиравновесное состояние, а при ω1 ≫ ωloc возникает квазиравновесие с дипольной и зеемановской температурами. Исследована зависимость запутанности от температуры в случае ω1 / ωloc. При ω1 ≫ ωloc дальнейшая эволюция системы определяется уравнениями Провоторова и ведет к выравниванию дипольной и зеемановской температур. Показано, что в этом случае запутанность отсутствует.
Для процесса внутрирезонаторной генерации субгармоники исследована динамика корреляции флуктуаций числа фотонов взаимодействующих мод. Показано, что эта корреляция сильно зависит от коэффициента нелинейной связи между модами. В случае малых коэффициентов связи корреляция флуктуаций числа фотонов мала. При росте коэффициента связи корреляция растет (состояние подсистем начинает перепутываться) и, начиная от некторого значения коэффициента связи, при его дальнейшем росте начинает заново уменьшаться, и постепенно стремится к нулю (перепутанность между состояниями подсистем уменьшается). Исследована также квантовая динамика числа фотонов, квантовой энтропии и функции Вигнера стационарного состояния фундаментальной моды и моды субгармоники. Показано, что динамики этих величин тоже сильно зависят от значения коэффициента связи между взаимодействующими модами. Для больших значений коэффициента связи между модами показано, что мода субгармоники в больших временах взаимодействия локализуется в двухкомпонентном состоянии с одинаковой вероятностью обнаружения моды в каждой компоненте состояния. Квантовая энтропия этого состояния меньше максимальной энтропии двухкомпонентного состояния ln2, что показывает наличие квантово-механической интерференции между компонентами состояния моды субгармоники.
В рамках квантовой модели Раби теоретически показано, что двухуровневый атом генерирует или поглощает фотоны в условиях ультрасильной связи его с электромагнитным полем. Генерация фотонов возможна, если поле первоначально находится в вакуумном состоянии. Возможным, при определенных начальных состояниях системы атом + поле, также является поглощение фотонов в моде поля в режиме ультрасильной связи атома и поля. Если атом в начальный момент времени находится в нижнем (невозбужденном) состоянии, а поле – в вакуумном состоянии, генерация фотонов присутствует в резонансных условиях ωa ≈ ωf , ωa – частота перехода атома, а ωf - частота поля, или ξ ≡ ωa/ωf ≈ 1, в режиме ультра сильной связи. При отрицательной отстройке ξ ≪ 1, ωa ≪ ωf для динамики среднего числа фотонов hˆnit поля характерны осцилляции Раби с 0 ≤ hˆnit ≤ nmax ≫ 1 в случае ультрасильной связи для значений константы связи атома с полем ˜g ≡ |g|/ωf ∼ 1, при этом населенность возбужденного состояния атома составляет Pe(t) ≈ 0.5. В условиях большой положительной отстройки: ξ ≫ 1 генерация фотонов отсутствует: hˆni ≈ 0, а атом остается в исходном состоянии Pe(t) ≈ 0. Статистика фотонов в режиме генерации близка к хаотической: дисперсия фотонов значительно превышает уровень когерентного состояния поля (т.е. является суперпуассоновской). Поглощение фотонов поля без возбуждения атома присутствует в режиме ультра сильной связи в случае когерентного начального состояния поля (hˆn(t = 0i > 0) для определенных положительных значений отстройки. При этом поле становится субпуассоновским.
Мы развиваем теорию композитных рамсеевских последовательностей радиочастотных импульсов, взаимодействующих с зеемановской структурой на долгоживущем энергетическом уровне атома (иона), вне рамок резонансного приближения. Такие последовательности предложено использовать в экспериментах по обнаружению нарушения локальной Лоренц-инвариантности [R. Shaniv, R.Ozeri, M. S. Safronova, S.G.Porsev, V.A.Dzuba, V.V.Flambaum, and H.H¨affner, Phys. Rev. Lett. 120, 103202 (2018)]. Основываясь на Фурье-анализе, нами показано, что учет нерезонансных вкладов приводит к радикальному изменению динамики квантовой системы (по отношению к резонансному приближению) в случае, когда число рамсеевских импульсов превышает несколько десятков. В результате, эффективность использования таких последовательностей радиочастотных импульсов для тестирования локальной Лоренц-инвариантности до конца не определена и требует дополнительных исследований.
Аннотация Квантовая запутанность — фундаментальное свойство квантовых систем, при котором состояние составной системы не разлагается на состояния её частей. Запутанные подсистемы не обладают собственными свойствами, а измерение одной частицы мгновенно фиксирует состояние другой, независимо от расстояния. Это разрушает ключевые постулаты материальной парадигмы: локальность, независимость объектов и объективность свойств. В статье проводится математический анализ запутанности, рассматриваются теоремы ЭПР, Белла и GHZ, а также интерпретация в рамках ZEBTS, где запутанность понимается как гипертопологическая Γ‑связность и Ω‑динамика триединой Субстанции. Делается вывод о необходимости перехода к квантово‑информационной онтологии, в которой информация первична, а материя — производная структура.
Динамика нестационарной квантовой системы, гамильтониан которой явно зависит от времени, называется адиабатической, если ее состояние, совпадающее с собственным состоянием гамильтониана в начальный момент времени, остается близко к этому собственному состоянию в течение всей эволюции. При этом степень такой близости зависит от малости параметра, определяющего скорость изменения гамильтониана. Обычно считается, что один из факторов, играющих решающую роль для стабильности адиабатической динамики, - это структура спектра гамильтониана. Как утверждает квантовая адиабатическая теорема в своей обычной формулировке, отклонение от адиабатической эволюции можно оценить сверху отношением скорости изменения гамильтониана к минимальному расстоянию между энергией состояния, которое аппроксимирует адиабатическую динамику, и остальным спектром гамильтониана. Проводится анализ этой зависимости. Доказаны теоремы, показывающие, что на эффективность адиабатической аппроксимации больше влияет скорость изменения собственных векторов гамильтониана, чем динамика спектра. В подавляющем большинстве физически осмысленных случаев оказывается, что если мы можем контролировать динамику собственных векторов, то этого достаточно для обеспечения адиабатичности вне зависимости от динамики спектра как таковой.
Рассмотрены столкновения между атомами натрия и калия в условиях оптической ориентации атомов калия. В результате столкновений происходит спиновый обмен между сталкивающимися атомами, что приводит к сдвигу частоты магнитного резонанса атомов. Проведенные расчеты показали, что сдвиг частоты магнитного резонанса атомов Na в верхнем сверхтонком состоянии ( F=2) при росте температуры в камере поглощения от 300 до 500 K меняет знак с отрицательного на положительный и проходит через нуль в окрестностях температуры T~450 K, в то время как сдвиг частоты нижнего сверхтонкого состояния ( F=1) остается отрицательным во всем диапазоне исследуемых температур. Подобного рода явление обнаружено впервые для случая, когда основной вклад в величину сдвига частоты магнитного резонанса вносит спиновый обмен. Ключевые слова: спиновый обмен, поперечные сечения, сдвиги частоты магнитного резонанса.