Onko muistia vai ei

Klassisessa fysiikassa muistin käsite on hyvin ymmärretty. Jos järjestelmän tuleva kehitys riippuu vain sen nykytilasta, prosessia sanotaan muistittomaksi. Toisaalta, jos menneet tilat vaikuttavat edelleen tuleviin tuloksiin, systeemillä on muisti.

Kvanttifysiikassa tämä selkeys on kuitenkin pitkään puuttunut. Kvanttijärjestelmät voivat tallentaa ja siirtää informaatiota tavoilla, joilla ei ole klassista vastinetta, ja mittauksen teolla on dynamiikassa perustavanlaatuinen rooli.

Turun, Milanon ja Toruńin Nicolaus Copernicus -yliopistojen tutkijat käsittelevät tätä pitkäaikaista ongelmaa tarkastelemalla uudelleen, mitä "muisti" tarkoittaa kvanttiympäristössä.

”Työmme osoittaa, että muisti ei ole yksittäinen käsite, vaan se voi ilmetä eri tavoin riippuen siitä, miten järjestelmän evoluutiota kuvataan”, sanoo ensimmäinen kirjoittaja Federico Settimo Turun yliopistosta.

Vaikka kvanttiteorioiden Erwin Schrödingerin ja Werner Heisenbergin näkökulmat antavat samat arvot mille tahansa kokeelliselle tulokselle, ne eivät ole samanarvoisia muistivaikutuksia kuvattaessa, kuten uusi tutkimus osoittaa.

Tutkijat osoittivat, että tällä erolla on suoria seurauksia sille, miten muistia voidaan havaita. Jotkin muistiefektit voidaan havaita vain seuraamalla kvanttitilojen evoluutiota, kun taas toiset ilmenevät yksinomaan tarkasteltaessa havaittavien ilmiöiden evoluutiota.

Kvanttiprosessi voi siis näyttää muistittomalta yhdestä näkökulmasta, kun taas toisesta näkökulmasta se näyttää muistilta. Tämä tulos osoittaa, että kvanttimuisti on rikkaampi kuin aiemmin on ajateltu, eikä sitä voida täysin vangita keskittymällä pelkästään kvanttitiloihin.

”Löydöksemme avaavat uusia tutkimusväyliä kvanttijärjestelmien dynamiikkaan. Lisäksi työllämme on vaikutuksia kvanttiteknologioiden perustavanlaatuisen merkityksen lisäksi, sillä ulkoinen ympäristö aiheuttaa kohinaa ja muistivaikutuksia.

Sen tietäminen, miten muistia voidaan havaita, on olennaista strategioiden kehittämiseksi kohinan lieventämiseksi tai ympäristövaikutusten hyödyntämiseksi realistisissa kvanttilaitteissa”, sanoo teoreettisen fysiikan professori Jyrki Piilo Turun yliopistosta.

Kaiken kaikkiaan tutkimus selventää kvanttidynamiikan perustavanlaatuista näkökohtaa ja korostaa, kuinka aikaevoluution ainutlaatuinen kvanttiluonne muokkaa jopa peruskäsitteitä, kuten muistia.