Οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο Rice χρησιμοποίησαν υπερψυχρά άτομα και ένα μονοδιάστατο κανάλι φωτός
Τα ηλεκτρόνια είναι φερμιόνια, αντικοινωνικάκβαντικά σωματίδια που αρνούνται να μοιραστούν χώρο μεταξύ τους, εξηγούν οι συγγραφείς της μελέτης. Σύμφωνα με την αρχή του αποκλεισμού Pauli, δύο ή περισσότερα πανομοιότυπα φερμιόνια δεν μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα στην ίδια κβαντική κατάσταση σε ένα κβαντικό σύστημα.
Ο διαχωρισμός των περιστροφών και των χρεώσεων είναι μια εκδήλωσητέτοια αμοιβαία αποστροφή στον μονοδιάστατο χώρο. Οι φυσικοί Shinichiro Tomonaga και Joaquin Luttinger ανέπτυξαν ένα θεωρητικό μοντέλο συμπεριφοράς ηλεκτρονίων 1D, γνωστό ως υγρό Luttinger, πριν από περίπου 60 χρόνια, αλλά μέχρι στιγμής ήταν σχεδόν αδύνατο να μετρηθεί ποσοτικά η επίδραση.
Μοντέλο του πειράματος με τη δημιουργία κύματος περιστροφής(ομοίως για ένα κύμα φόρτισης). Μια δέσμη λέιζερ (πάνω αριστερά) δημιουργεί συλλογικά κύματα στο καλώδιο που μεταφέρουν είτε περιστροφή είτε φορτίο. Το σπιν πρέπει να δείχνει προς τα πάνω (μπλε) ή προς τα κάτω (κόκκινο) και τα άτομα με την αντίθετη περιστροφή φυσικά διατάσσονται σε ένα εναλλασσόμενο σχέδιο (επάνω σειρά). Το κύμα μεταφέρει το σπιν, αλλάζοντας διαδοχικά γειτονικές τιμές. Εικονογράφηση: Ella Maru Studio, R. Hulet, Πανεπιστήμιο Rice
Οι κβαντικοί προσομοιωτές χρησιμοποιούν κβαντικόιδιότητες πραγματικών αντικειμένων, όπως άτομα, ιόντα ή μόρια, για την επίλυση προβλημάτων που είναι δύσκολο ή αδύνατο να επιλυθούν με συμβατικούς υπολογιστές. Στον προσομοιωτή φόρτισης σπιν του Πανεπιστημίου Rice, τα υπερψυχρά άτομα λιθίου αντικαθιστούν τα ηλεκτρόνια και το κανάλι φωτός είναι ένα μονοδιάστατο σύρμα.
Όταν ένα ηλεκτρόνιο συγκρούεται με ένα άλλο, αυτόμεταφέρει ενέργεια που φέρνει την τελευταία σε υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Σε ένα τρισδιάστατο υλικό, ένα διεγερμένο ηλεκτρόνιο παρασύρεται, συγκρούεται με κάτι, χάνει λίγη ενέργεια, πετά σε νέα κατεύθυνση για να συγκρουστεί με κάτι άλλο, και ούτω καθεξής, εξηγούν οι επιστήμονες.
Στον μονοδιάστατο χώρο του σύρματος, η κίνηση θα είναισυλλογικό: όταν "πιέζεις" σε ένα ηλεκτρόνιο, αυτό μεταφέρει πίεση στο επόμενο κ.ο.κ. Ο Tomonaga και ο Luttinger προέβλεψαν ότι τα κύματα διέγερσης σπιν θα ταξίδευαν πιο αργά από τα κύματα φορτίου. Πειραματικά δεδομένα επιβεβαίωσαν αυτή τη θεωρία, με τις ταχύτητες διάδοσης των κυμάτων να ταιριάζουν ακριβώς με τις προβλέψεις των σύγχρονων υπολογισμών για το υγρό Luttinger.
Οι ερευνητές παρατήρησαν διαχωρισμό του σπιν και του φορτίουσε υλικά στερεάς κατάστασης, αλλά δεν το είδαν σε σαφή ή ποσοτικοποιήσιμη μορφή. Το πείραμά μας είναι πράγματι το πρώτο στο οποίο λαμβάνονται ποσοτικές μετρήσεις που μπορούν να συγκριθούν με μια σχεδόν ακριβή θεωρία.
Randy Hewlett, φυσικός του Πανεπιστημίου Rice και συν-συγγραφέας της μελέτης
Οι συγγραφείς του έργου σημειώνουν ότι τα αποτελέσματα δεν είναιόχι μόνο θεωρητικά αλλά και πρακτικά. Η συνεχής μείωση του όγκου των μικροκυκλωμάτων οδηγεί στη δημιουργία συρμάτων κοντά σε μονοδιάστατο χώρο, πράγμα που σημαίνει ότι τα κβαντικά φαινόμενα θα αρχίσουν να επηρεάζουν τη λειτουργία τέτοιων συσκευών. Επιπλέον, η έρευνα θα βοηθήσει στην ανάπτυξη τεχνολογίας για τοπολογικούς κβαντικούς υπολογιστές που θα κωδικοποιούν πληροφορίες σε qubit χωρίς αποσυνοχή.
Διαβάστε περισσότερα:
Οι Ιάπωνες πέταξαν μια γιγάντια τουρμπίνα στον ωκεανό για να πάρουν ατελείωτη ενέργεια από το ρεύμα.
Αστρονόμοι από την Ιαπωνία βρήκαν μια άγνωστη δομή στον γαλαξία
Ερευνητές κινηματογράφησαν ένα «κρυμμένο» οικοσύστημα σε έναν ποταμό της Ανταρκτικής