環境雜訊被發現能增強能量在離子間的傳輸！

博科園：本文為物理學類

一個隸屬於奧地利和德國幾家研究機構的研究小組已經證明，將環境雜訊引入離子線可以增強離子之間的能量傳輸。在他們發表在《物理評論快報》上的論文中，研究人員描述了他們的實驗，以及為什麼他們相信他們的發現將有助於其他研究人員。先前的研究表明，當電子通過導電材料時，其運動方式可以用量子力學方程來描述。但在現實世界中，這種運動會受到環境雜訊干擾的阻礙，從而導致傳輸能量的抑制。先前的研究也表明，通過一種材料的電流可以被描述為一種波——如果這種波保持同步，它們就被描述為相干的。但這種波會受到雜訊或原子晶格缺陷干擾，導致流動受到抑制。

博科園-科學科普：這種在給定位置的抑制稱為Anderson定位。在這項新的研究中，研究人員已經證明安德森定位可以通過使用環境噪音來克服。這項研究工作包括分離出10個鈣離子，並將它們以單維晶體的形式固定在空間中。利用激光在不同的狀態之間切換離子，並利用激光脈衝將能量引入離子線。這種裝置使他們能夠觀察到能量沿著離子線從一端移動到另一端。安德森定位是通過向每個離子發射單獨的激光來實現——激光產生的能量會產生不同強度的離子。在一定程度的無序狀態下，研究小組通過隨機改變向單個離子發射的光束的強度來製造噪音。

圖片：CC0 Public Domain

這導致頻率抖動。正是這種擺動使得離子間的能量運動克服了安德森定位。研究人員注意到這個系統有一個限制——太多的噪音，能量傳輸又一次由於量子芝諾效應而減慢。聲稱他們的系統可以證明對其他研究人員有用，因為它允許在人工設計的量子系統中研究量子效應。能量通過相互作用的系統傳輸的方式支配著物理、化學和生物學許多領域的基本性質。值得注意的是，環境雜訊可以增強傳輸，這種效應被稱為環境輔助量子傳輸(ENAQT)。在本研究論文中，研究了一個耦合自旋網路中的ENAQT。相互作用的自旋網路是在一個被俘獲的原子離子鏈中實現，能量輸運用離子間電子激發的傳遞來表示。

隨著雜訊強度的增加，觀察到從相干動力學和安德森定位到ENAQT的交叉，最後由於量子芝諾效應抑制了傳輸。發現在ENAQT最有效的情況下，傳輸以擴散為主，只有在很短的時間內才顯示出相干性。此外還證明了以非馬爾可夫雜訊為特徵的消相比白雜訊消相保持相干的時間更長，並且譜結構對傳輸效率有很強的影響。該研究方法提供了一種可控和可擴展的方法來研究靜態無序和動態雜訊下的多體網路中的量子傳輸。

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參考期刊文獻:《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.050501

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