Fyzici z Rice University k tomu použili ultrachladné atomy a jednorozměrný světelný kanál
Elektrony jsou fermiony, asociálníkvantové částice, které spolu odmítají sdílet prostor, vysvětlují autoři studie. Podle Pauliho vylučovacího principu nemohou být dva nebo více identických fermionů současně ve stejném kvantovém stavu v kvantovém systému.
Projevem je oddělení spinů a nábojůtaková vzájemná averze v jednorozměrném prostoru. Fyzici Shinichiro Tomonaga a Joaquin Luttinger vyvinuli teoretický model chování 1D elektronů, známý jako Luttingerova kapalina, asi před 60 lety, ale dosud bylo téměř nemožné tento efekt kvantitativně změřit.
Model experimentu s vytvořením spinové vlny(obdobně pro nábojovou vlnu). Laserový paprsek (vlevo nahoře) vytváří v drátu kolektivní vlny, které přenášejí buď rotaci, nebo náboj. Spin by měl směřovat nahoru (modrá) nebo dolů (červená) a atomy s opačným spinem se přirozeně uspořádají do střídavého vzoru (horní řada). Vlna přenáší rotaci a postupně mění sousední hodnoty. Ilustrace: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Kvantové simulátory využívají kvantavlastnosti skutečných objektů, jako jsou atomy, ionty nebo molekuly, k řešení problémů, které je obtížné nebo nemožné vyřešit konvenčními počítači. V simulátoru rotačního náboje Rice University nahrazují elektrony ultrachladné atomy lithia a světelný kanál je jednorozměrný drát.
Když se jeden elektron srazí s druhým, je topřenáší energii, která jej přivádí do vyššího energetického stavu. Ve 3D materiálu je excitovaný elektron unášen, s něčím se srazí, ztratí část energie, letí novým směrem, aby se srazil s něčím jiným, a tak dále, vysvětlují vědci.
V jednorozměrném prostoru drátu bude pohybkolektivní: když "stlačíte" na jeden elektron, přenese tlak na další, a tak dále. Tomonaga a Luttinger předpověděli, že spinové excitační vlny se budou pohybovat pomaleji než nábojové vlny. Experimentální data potvrdila tuto teorii, přičemž rychlosti šíření vln přesně odpovídaly předpovědím moderních výpočtů pro Luttingerovu tekutinu.
Výzkumníci pozorovali oddělení rotace a nábojev pevných materiálech, ale neviděli to v jasné nebo kvantifikovatelné podobě. Náš experiment je skutečně prvním, ve kterém jsou získána kvantitativní měření, která lze porovnat s téměř přesnou teorií.
Randy Hewlett, fyzik z Rice University a spoluautor studie
Autoři práce podotýkají, že výsledky nejsounejen teoretické, ale i praktické. Neustálé zmenšování objemu mikroobvodů vede k vytváření vodičů blízkých jednorozměrnému prostoru, což znamená, že kvantové efekty začnou ovlivňovat provoz takových zařízení. Kromě toho výzkum pomůže ve vývoji technologie pro topologické kvantové počítače, které budou kódovat informace v qubitech bez dekoherence.
Přečtěte si více:
Japonci vypustili do oceánu obří turbínu, aby z proudu získali nekonečnou energii.
Astronomové z Japonska našli v galaxii neznámou strukturu
Výzkumníci natočili „skrytý“ ekosystém v antarktické řece