Sistemi quantistici fuori equilibrio
Tutta la materia cambia il proprio stato a seguito di riscaldamento o raffreddamento. Nonostante ci si possa aspettare che non vi sia spazio per molti cambiamenti alla temperatura di zero assoluto, dove in natura non sono presenti fluttuazioni termiche, le fluttuazioni quantistiche sopravvivono. Applicando pressione o un campo magnetico, questa forma di agitazione, la quale è debole a temperatura ambiente, può essere amplificata, dando luogo a un cambiamento di stato. Gli scienziati ritengono che in questo punto critico quantistico si trovano gli aspetti chiave di molte proprietà misteriose della materia. Nell’ambito del progetto QUANTUM QUENCH (Universality in the non-equilibrium dynamics of strongly correlated quantum systems), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno cercato di sviluppare un quadro teorico in grado di catturare ciò che accade in un punto critico quantistico fuori dall’equilibrio. È stata posta attenzione su un sistema isolato dal proprio ambiente il quale può derivare da esperimenti quantistici con atomi freddi, successivamente al disturbo del proprio equilibrio. Il metodo deciso dagli scienziati per eliminare l’equilibrio riguarda l’utilizzo di un cosiddetto quench quantistico. In particolare, un parametro del sistema è stato cambiato bruscamente e al sistema è stato permesso di evolversi in modo autonomo. Il team del progetto QUANTUM QUENCH ha analizzato le proprietà dell’entanglement successivamente a quench quantistico e ha dimostrato come assomigliano alle entropie termodinamiche dell’insieme generalizzato che descrive lo stato stazionario. Gli insiemi di termodinamica convenzionale non possono descrivere i sistemi a molti corpi quantistici aventi grandezze conservate non banali. Si prevede che gli insiemi generalizzati massimizzino la loro entropia. Tuttavia, in contraddizione con la credenza diffusa dagli scienziati, le previsioni relative agli insiemi generalizzati non sono riuscite a catturare lo stato stazionario successivamente all’estinzione dei quanti. Una descrizione teorica alternativa è stata quindi sviluppata per concordare con l’evoluzione temporale del sistema, poiché questa viene calcolata in modo numerico. Tale linea di ricerca ha guidato verso un nuovo metodo numerico non-perturbativo per studiare l’evoluzione fuori equilibrio dei sistemi fortemente interagenti. Il metodo è stato confrontato con i risultati analitici esatti disponibili in quanto a letteratura dei quench quantistici. Il lavoro del progetto QUANTUM QUENCH ha aperto una nuova strada verso una migliore comprensione dei sistemi quantistici chiusi e a molti corpi con implicazioni per le misure di precisione e l’elaborazione quantistica.
Parole chiave
Sistema quantistico a molti corpi, dinamica di non equilibrio, punto critico quantistico, QUANTUM QUENCH, termalizzazione, entanglement quantistico