Los físicos de la Universidad Rice utilizaron átomos ultrafríos y un canal de luz unidimensional para
Los electrones son fermiones, antisociales.partículas cuánticas que se niegan a compartir espacio entre sí, explican los autores del estudio. Según el principio de exclusión de Pauli, dos o más fermiones idénticos no pueden estar simultáneamente en el mismo estado cuántico en un sistema cuántico.
La separación de espines y cargas es una manifestacióntal aversión mutua en un espacio unidimensional. Los físicos Shinichiro Tomonaga y Joaquin Luttinger desarrollaron un modelo teórico del comportamiento de los electrones 1D, conocido como líquido de Luttinger, hace unos 60 años, pero hasta ahora ha sido casi imposible medir el efecto cuantitativamente.
Modelo del experimento con la creación de una onda de espín.(de manera similar para una onda de carga). Un rayo láser (arriba a la izquierda) crea ondas colectivas en el cable que transfieren giro o carga. El espín debe apuntar hacia arriba (azul) o hacia abajo (rojo) y los átomos con el espín opuesto se organizan naturalmente en un patrón alterno (fila superior). La onda transfiere el espín, cambiando sucesivamente los valores vecinos. Ilustración: Estudio Ella Maru, R. Hulet, Universidad Rice
Los simuladores cuánticos usan cuánticapropiedades de objetos reales, como átomos, iones o moléculas, para resolver problemas que son difíciles o imposibles de resolver con computadoras convencionales. En el simulador de carga de espín de la Universidad de Rice, los átomos de litio ultrafríos reemplazan a los electrones y el canal de luz es un cable unidimensional.
Cuando un electrón choca con otro, setransfiere energía que lleva a este último a un estado de mayor energía. En un material 3D, un electrón excitado es arrastrado, choca con algo, pierde algo de energía, vuela en una nueva dirección para chocar con otra cosa, y así sucesivamente, explican los científicos.
En el espacio unidimensional del alambre, el movimiento serácolectivo: cuando "presionas" un electrón, transfiere presión al siguiente, y así sucesivamente. Tomonaga y Luttinger predijeron que las ondas de excitación de espín viajarían más lentamente que las ondas de carga. Los datos experimentales confirmaron esta teoría, con las velocidades de propagación de las ondas coincidiendo exactamente con las predicciones de los cálculos modernos para el fluido de Luttinger.
Los investigadores observaron la separación del espín y la cargaen materiales de estado sólido, pero no lo vieron en una forma clara o cuantificable. Nuestro experimento es de hecho el primero en el que se obtienen medidas cuantitativas que se pueden comparar con una teoría casi exacta.
Randy Hewlett, físico de la Universidad de Rice y coautor del estudio
Los autores del trabajo señalan que los resultados no sonno solo teórico sino también práctico. La reducción constante en el volumen de los microcircuitos conduce a la creación de cables cercanos al espacio unidimensional, lo que significa que los efectos cuánticos comenzarán a afectar el funcionamiento de dichos dispositivos. Además, la investigación ayudará en el desarrollo de tecnología para computadoras cuánticas topológicas que codificarán información en qubits sin decoherencia.
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