En internationell forskargrupp har undersökt minnets roll i kvantsystem och dynamik.
Deras resultat visar att en kvantprocess kan verka minneslös ur ett perspektiv, samtidigt som den behåller minnet ur ett annat. Upptäckten öppnar nya forskningsvägar inom kvantsystem och kvantteknik.
I klassisk fysik är begreppet minne väl förstått. Om ett systems framtida utveckling endast beror på dess nuvarande tillstånd, sägs processen vara minneslös. Å andra sidan, om tidigare tillstånd fortsätter att påverka framtida resultat, har systemet minne.
I kvantfysiken har denna tydlighet dock länge saknats. Kvantsystem kan lagra och överföra information på sätt som inte har någon klassisk motsvarighet, och mätningen spelar en grundläggande roll i dynamiken.
I en studie publicerad i tidskriften PRX Quantum tar forskare från Åbo universitet i Finland, Milanos universitet i Italien och Nicolaus Copernicus-universitetet i Toruń i Polen upp detta långvariga problem genom att återigen undersöka vad ”minne” betyder i ett kvantkontext.
”Vår forskning visar att minne inte är ett enda begrepp utan kan manifestera sig på olika sätt beroende på hur ett systems utveckling beskrivs”, säger försteförfattaren, doktoranden Federico Settimo från Åbo universitet.
Minneseffekter har studerats ingående under de senaste åren och är väl karakteriserade i utvecklingen av kvanttillstånd, ett tillvägagångssätt som ursprungligen formulerades av Erwin Schrödinger.
Kvantmekaniken medger dock också ett lika grundläggande och historiskt distinkt perspektiv, utvecklat av Werner Heisenberg: istället för att beskriva tillståndens utveckling beskrivs den tidsmässiga utvecklingen av observerbara storheter, det vill säga de fysikaliska storheter som mäts direkt i experiment.
De två bilderna ger visserligen samma värden för alla experimentella resultat, men är inte likvärdiga när det gäller att beskriva minneseffekter, vilket den nya studien visar.
Forskarna visade att denna skillnad har direkta konsekvenser för hur minnet kan observeras. Vissa minneseffekter kan endast upptäckas genom att följa utvecklingen av kvanttillstånd, medan andra endast uppträder när man beaktar utvecklingen av observerbara storheter.
En kvantprocess kan därför verka minneslös ur en synvinkel, medan den uppvisar minne ur en annan. Detta resultat visar att kvantminnet är rikare än man tidigare trott och inte kan fångas fullt ut genom att endast fokusera på kvanttillstånd.
”Våra resultat öppnar upp nya forskningsvägar inom kvantsystemens dynamik. Dessutom har vårt arbete implikationer som går utöver dess grundläggande betydelse för kvantteknik, där den yttre miljön inducerar brus och minneseffekter. Att veta hur minnet kan observeras är avgörande för att utveckla strategier för att dämpa brus eller utnyttja miljöeffekter i realistiska kvantapparater”, säger Jyrki Piilo, professor i teoretisk fysik vid Åbo universitet.
Sammantaget klargör studien en grundläggande aspekt av kvantdynamiken och belyser hur den unika kvantnaturen hos tidens utveckling omformar även grundläggande begrepp som minne.
Publikationsuppgifter
Federico Settimo et al, Divisibility of Dynamical Maps: Schrödinger Versus Heisenberg Picture, PRX Quantum (2026). DOI: 10.1103/6dt2-sq44
