Fizičari sa Sveučilišta Rice koristili su ultrahladne atome i jednodimenzionalni svjetlosni kanal za
Elektroni su fermioni, asocijalnikvantne čestice koje odbijaju dijeliti prostor jedna s drugom, objašnjavaju autori studije. Prema Paulijevom principu isključenja, dva ili više identičnih fermiona ne mogu istovremeno biti u istom kvantnom stanju u kvantnom sustavu.
Razdvajanje okretaja i naboja je manifestacijatakva međusobna odbojnost u jednodimenzionalnom prostoru. Fizičari Shinichiro Tomonaga i Joaquin Luttinger razvili su teoretski model ponašanja 1D elektrona, poznat kao Luttingerova tekućina, prije oko 60 godina, ali do sada je bilo gotovo nemoguće kvantitativno izmjeriti učinak.
Model eksperimenta s stvaranjem spin vala(slično za val naboja). Laserska zraka (gore lijevo) stvara skupne valove u žici koji prenose ili okretanje ili punjenje. Spin bi trebao biti usmjeren prema gore (plavo) ili dolje (crveno), a atomi s suprotnim spinom prirodno se poredaju u izmjenični uzorak (gornji red). Val prenosi spin, sukcesivno mijenjajući susjedne vrijednosti. Ilustracija: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Kvantni simulatori koriste kvantnesvojstva stvarnih objekata, kao što su atomi, ioni ili molekule, za rješavanje problema koje je teško ili nemoguće riješiti konvencionalnim računalima. U simulatoru spin naboja Sveučilišta Rice, ultrahladni atomi litija zamjenjuju elektrone, a svjetlosni kanal je jednodimenzionalna žica.
Kada se jedan elektron sudari s drugim, onprenosi energiju koja potonju dovodi u više energetsko stanje. U 3D materijalu pobuđeni elektron se odnese, sudari se s nečim, izgubi nešto energije, leti u novom smjeru kako bi se sudario s nečim drugim, i tako dalje, objašnjavaju znanstvenici.
U jednodimenzionalnom prostoru žice, kretanje će bitikolektivno: kada "pritisnete" na jedan elektron, on prenosi pritisak na sljedeći itd. Tomonaga i Luttinger su predvidjeli da će valovi pobuđivanja spina putovati sporije od valova naboja. Eksperimentalni podaci potvrdili su ovu teoriju, pri čemu su brzine širenja vala točno odgovarale predviđanjima modernih proračuna za Luttingerovu tekućinu.
Istraživači su primijetili razdvajanje spina i nabojau materijalima u čvrstom stanju, ali to nisu vidjeli u jasnom ili mjerljivom obliku. Naš je eksperiment doista prvi u kojem se dobivaju kvantitativna mjerenja koja se mogu usporediti s gotovo točnom teorijom.
Randy Hewlett, fizičar sa Sveučilišta Rice i koautor studije
Autori rada napominju da rezultati nisune samo teorijski nego i praktični. Stalno smanjenje volumena mikrosklopova dovodi do stvaranja žica blizu jednodimenzionalnog prostora, što znači da će kvantni efekti početi utjecati na rad takvih uređaja. Osim toga, istraživanje će pomoći u razvoju tehnologije za topološka kvantna računala koja će kodirati informacije u kubitima bez dekoherencije.
Čitaj više:
Japanci su bacili divovsku turbinu u ocean kako bi dobili beskrajnu energiju iz struje.
Astronomi iz Japana pronašli su nepoznatu strukturu u galaksiji
Istraživači su snimili 'skriveni' ekosustav u rijeci na Antarktiku