Les physiciens de l'Université Rice ont utilisé des atomes ultrafroids et un canal de lumière unidimensionnel pour
Les électrons sont des fermions, antisociauxdes particules quantiques qui refusent de partager l'espace entre elles, expliquent les auteurs de l'étude. Selon le principe d'exclusion de Pauli, deux ou plusieurs fermions identiques ne peuvent pas être simultanément dans le même état quantique dans un système quantique.
La séparation des spins et des charges est une manifestationune telle aversion mutuelle dans un espace unidimensionnel. Les physiciens Shinichiro Tomonaga et Joaquin Luttinger ont développé un modèle théorique du comportement des électrons 1D, connu sous le nom de liquide de Luttinger, il y a environ 60 ans, mais jusqu'à présent, il a été presque impossible de mesurer l'effet quantitativement.
Modèle de l'expérience avec la création d'une onde de spin(de même pour une onde de charge). Un faisceau laser (en haut à gauche) crée des ondes collectives dans le fil qui transfèrent soit le spin soit la charge. Le spin doit pointer vers le haut (bleu) ou vers le bas (rouge) et les atomes avec le spin opposé s'arrangent naturellement en alternance (rangée du haut). L'onde transfère le spin en changeant successivement les valeurs voisines. Illustration : Studio Ella Maru, R. Hulet, Université Rice
Les simulateurs quantiques utilisent quantiquepropriétés d'objets réels, tels que des atomes, des ions ou des molécules, pour résoudre des problèmes difficiles ou impossibles à résoudre avec des ordinateurs conventionnels. Dans le simulateur de charge de spin de l'Université Rice, des atomes de lithium ultrafroids remplacent les électrons et le canal lumineux est un fil unidimensionnel.
Lorsqu'un électron entre en collision avec un autre, iltransfère de l'énergie qui amène ce dernier à un état d'énergie supérieur. Dans un matériau 3D, un électron excité est emporté, entre en collision avec quelque chose, perd de l'énergie, vole dans une nouvelle direction pour entrer en collision avec autre chose, et ainsi de suite, expliquent les scientifiques.
Dans l'espace unidimensionnel du fil, le mouvement seracollectif : lorsque vous "appuyez" sur un électron, il transfère la pression au suivant, et ainsi de suite. Tomonaga et Luttinger ont prédit que les ondes d'excitation de spin se déplaceraient plus lentement que les ondes de charge. Les données expérimentales ont confirmé cette théorie, les vitesses de propagation des ondes correspondant exactement aux prédictions des calculs modernes pour le fluide de Luttinger.
Les chercheurs ont observé la séparation du spin et de la chargedans les matériaux à l'état solide, mais ils ne l'ont pas vu sous une forme claire ou quantifiable. Notre expérience est en effet la première dans laquelle des mesures quantitatives sont obtenues qui peuvent être comparées à une théorie presque exacte.
Randy Hewlett, physicien de l'Université Rice et co-auteur de l'étude
Les auteurs des travaux notent que les résultats ne sont pasnon seulement théorique mais aussi pratique. La réduction constante du volume des microcircuits conduit à la création de fils proches de l'espace unidimensionnel, ce qui signifie que les effets quantiques commenceront à affecter le fonctionnement de tels dispositifs. De plus, la recherche contribuera au développement d'une technologie pour les ordinateurs quantiques topologiques qui encoderont les informations dans des qubits sans décohérence.
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