Der Quantensimulator zeigte die Teilung eines Elektrons in Teile im eindimensionalen Raum

Physiker der Rice University haben dazu ultrakalte Atome und einen eindimensionalen Lichtkanal genutzt

Simulation von Elektronen in eindimensionalen Drähten undUntersuchung, wie sich zwei ihrer intrinsischen Eigenschaften – Rotation (Spin) und Ladung – mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. Die in Science veröffentlichten Ergebnisse der Experimente ermöglichten es erstmals, quantitative Messungen zu erhalten, die mit den theoretisch vorhergesagten korrelieren.

Elektronen sind Fermionen, antisozialQuantenteilchen, die sich weigern, den Raum miteinander zu teilen, erklären die Autoren der Studie. Nach dem Pauli-Ausschlussprinzip können sich in einem Quantensystem nicht zwei oder mehr identische Fermionen gleichzeitig im gleichen Quantenzustand befinden.

Die Trennung von Spins und Ladungen ist eine Manifestationsolche gegenseitige Abneigung im eindimensionalen Raum. Die Physiker Shinichiro Tomonaga und Joaquin Luttinger haben vor etwa 60 Jahren ein theoretisches Modell des 1D-Elektronenverhaltens entwickelt, das als Luttinger-Flüssigkeit bekannt ist, aber bisher war es fast unmöglich, den Effekt quantitativ zu messen.

Modell des Versuchs zur Erzeugung einer Spinwelle(ähnlich für eine Ladungswelle). Ein Laserstrahl (oben links) erzeugt im Draht Sammelwellen, die entweder Spin oder Ladung übertragen. Der Spin sollte nach oben (blau) oder unten (rot) zeigen und die Atome mit dem entgegengesetzten Spin sollten sich natürlich in einem alternierenden Muster anordnen (obere Reihe). Die Welle überträgt den Spin und ändert sukzessive benachbarte Werte. Illustration: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University

Quantensimulatoren verwenden QuantenEigenschaften realer Objekte wie Atome, Ionen oder Moleküle, um Probleme zu lösen, die mit herkömmlichen Computern nur schwer oder gar nicht zu lösen sind. Im Spinladungssimulator der Rice University ersetzen ultrakalte Lithiumatome Elektronen, und der Lichtkanal ist ein eindimensionaler Draht.

Wenn ein Elektron mit einem anderen kollidiert, ist esüberträgt Energie, die letztere in einen höheren Energiezustand bringt. In einem 3D-Material wird ein angeregtes Elektron weggetragen, kollidiert mit etwas, verliert etwas Energie, fliegt in eine neue Richtung, um mit etwas anderem zu kollidieren, und so weiter, erklären die Wissenschaftler.

Im eindimensionalen Raum des Drahtes findet die Bewegung stattKollektiv: Wenn man auf ein Elektron „drückt“, überträgt es Druck auf das nächste, und so weiter. Tomonaga und Luttinger sagten voraus, dass sich Spinanregungswellen langsamer ausbreiten würden als Ladungswellen. Experimentelle Daten bestätigten diese Theorie, wobei die Wellenausbreitungsgeschwindigkeiten genau mit den Vorhersagen moderner Berechnungen für das Luttinger-Fluid übereinstimmten.

Die Forscher beobachteten eine Trennung von Spin und Ladungin Festkörpermaterialien, aber sie sahen es nicht in klarer oder quantifizierbarer Form. Unser Experiment ist in der Tat das erste, bei dem quantitative Messungen erhalten werden, die mit einer fast exakten Theorie verglichen werden können.

Randy Hewlett, Physiker der Rice University und Co-Autor der Studie

Die Autoren der Arbeit stellen fest, dass die Ergebnisse dies nicht sindnicht nur theoretisch, sondern auch praktisch. Die ständige Verringerung des Volumens von Mikroschaltkreisen führt zur Bildung von Drähten in der Nähe des eindimensionalen Raums, was bedeutet, dass Quanteneffekte beginnen, den Betrieb solcher Geräte zu beeinflussen. Darüber hinaus wird die Forschung zur Entwicklung von Technologien für topologische Quantencomputer beitragen, die Informationen in dekohärenzfreien Qubits codieren.

weiter lesen:

Die Japaner warfen eine riesige Turbine in den Ozean, um endlose Energie aus der Strömung zu gewinnen.

Astronomen aus Japan haben eine unbekannte Struktur in der Galaxie gefunden

Forscher filmten ein „verstecktes“ Ökosystem in einem antarktischen Fluss