استخدم الفيزيائيون في جامعة رايس ذرات فائقة البرودة وقناة ضوئية أحادية البعد
الإلكترونات فرميونات ، معادية للمجتمعيوضح مؤلفو الدراسة أن الجسيمات الكمومية ترفض مشاركة الفضاء مع بعضها البعض. وفقًا لمبدأ استبعاد باولي ، لا يمكن أن يكون فرميونان متماثلان أو أكثر في نفس الحالة الكمومية في نظام كمومي في نفس الوقت.
يعتبر الفصل بين الدورات والشحنات مظهرًا من مظاهر ذلكهذا النفور المتبادل في الفضاء أحادي البعد. طور الفيزيائيان Shinichiro Tomonaga و Joaquin Luttinger نموذجًا نظريًا لسلوك الإلكترون ثنائي الأبعاد ، المعروف باسم سائل Luttinger ، منذ حوالي 60 عامًا ، ولكن حتى الآن كان من المستحيل تقريبًا قياس التأثير كميًا.
نموذج لتجربة إنشاء موجة الدوران(على نحو مشابه لموجة الشحن). ينتج شعاع الليزر (أعلى اليسار) موجات مجمعة في السلك تنقل إما الدوران أو الشحن. يجب أن يشير الدوران إلى أعلى (أزرق) أو لأسفل (أحمر) والذرات ذات الدوران المعاكس ترتب نفسها بشكل طبيعي في نمط بديل (الصف العلوي). تنقل الموجة الدوران ، وتغير القيم المجاورة على التوالي. رسم توضيحي: استوديو Ella Maru ، R. Hulet ، جامعة رايس
تستخدم المحاكيات الكمومية الكمخصائص الأشياء الحقيقية ، مثل الذرات أو الأيونات أو الجزيئات ، لحل المشكلات التي يصعب أو يستحيل حلها باستخدام أجهزة الكمبيوتر التقليدية. في محاكي الشحنة الدورانية في جامعة رايس ، تحل ذرات الليثيوم فائقة البرودة محل الإلكترونات ، والقناة الضوئية عبارة عن سلك أحادي البعد.
عندما يصطدم إلكترون بآخر ، فإنهينقل الطاقة التي تجعل الأخير في حالة طاقة أعلى. في مادة ثلاثية الأبعاد ، يُحمل إلكترون متحمس بعيدًا ، ويصطدم بشيء ، ويفقد بعض الطاقة ، ويطير في اتجاه جديد ليصطدم بشيء آخر ، وهكذا ، كما أوضح العلماء.
في الفضاء أحادي البعد للسلك ، ستكون الحركةجماعي: عندما "تضغط" على إلكترون واحد ، فإنه ينقل الضغط إلى التالي ، وهكذا. تنبأ توموناغا ولوتنجر بأن موجات الإثارة الدورانية ستنتقل أبطأ من موجات الشحن. أكدت البيانات التجريبية هذه النظرية ، حيث تتطابق سرعات انتشار الموجة تمامًا مع تنبؤات الحسابات الحديثة لسائل لوتنجر.
لاحظ الباحثون فصل الدوران والشحنةفي المواد الصلبة ، لكنهم لم يروها بشكل واضح أو قابل للقياس الكمي. تجربتنا هي بالفعل أول تجربة يتم فيها الحصول على قياسات كمية يمكن مقارنتها بنظرية شبه دقيقة.
راندي هيوليت ، الفيزيائي بجامعة رايس والمؤلف المشارك للدراسة
لاحظ مؤلفو العمل أن النتائج ليست كذلكليس فقط نظريًا ولكن عمليًا أيضًا. يؤدي الانخفاض المستمر في حجم الدوائر الدقيقة إلى تكوين أسلاك قريبة من الفضاء أحادي البعد ، مما يعني أن التأثيرات الكمية ستبدأ في التأثير على تشغيل هذه الأجهزة. بالإضافة إلى ذلك ، سيساعد البحث في تطوير التكنولوجيا لأجهزة الكمبيوتر الكمومية الطوبولوجية التي من شأنها تشفير المعلومات في كيوبتات خالية من الترابط.
قراءة المزيد:
ألقى اليابانيون توربينًا عملاقًا في المحيط للحصول على طاقة لا نهاية لها من التيار.
وجد علماء الفلك من اليابان بنية غير معروفة في المجرة
صور الباحثون نظامًا بيئيًا "مخفيًا" في أحد الأنهار في القطب الجنوبي