A Rice Egyetem fizikusai ultrahideg atomokat és egydimenziós fénycsatornát használtak
Az elektronok fermionok, antiszociálisakkvantumrészecskék, amelyek nem hajlandók megosztani egymással a teret – magyarázzák a tanulmány szerzői. A Pauli-féle kizárási elv szerint két vagy több egyforma fermion nem lehet egyidejűleg ugyanabban a kvantumállapotban egy kvantumrendszerben.
A forgások és töltések szétválasztása egy megnyilvánulásolyan kölcsönös idegenkedés az egydimenziós térben. Shinichiro Tomonaga és Joaquin Luttinger fizikusok körülbelül 60 évvel ezelőtt kidolgozták az 1D elektronok viselkedésének elméleti modelljét, amelyet Luttinger-folyadékként ismernek, de ez idáig szinte lehetetlen volt mennyiségileg mérni a hatást.
A spin hullám létrehozásával végzett kísérlet modellje(hasonlóan töltéshullámhoz). A lézersugár (balra fent) kollektív hullámokat hoz létre a vezetékben, amelyek továbbítják a forgást vagy a töltést. A pörgésnek felfelé (kék) vagy lefelé (piros) kell mutatnia, és az ellenkező forgású atomok természetesen váltakozó mintázatba rendeződnek (felső sor). A hullám továbbítja a spint, egymás után változtatva a szomszédos értékeket. Illusztráció: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
A kvantumszimulátorok kvantumot használnakvalós objektumok, például atomok, ionok vagy molekulák tulajdonságai olyan problémák megoldására, amelyeket nehéz vagy lehetetlen megoldani hagyományos számítógépekkel. A Rice Egyetem spintöltés-szimulátorában ultrahideg lítiumatomok helyettesítik az elektronokat, a fénycsatorna pedig egydimenziós huzal.
Amikor az egyik elektron ütközik a másikkal, azenergiát ad át, amely az utóbbit magasabb energiájú állapotba hozza. Egy háromdimenziós anyagban egy gerjesztett elektron elszáll, ütközik valamivel, elveszít némi energiát, új irányba repül, hogy valami mással ütközzön, és így tovább – magyarázzák a tudósok.
A huzal egydimenziós terében a mozgás az leszkollektív: amikor az egyik elektront „megnyomod”, az átadja a nyomást a másiknak, és így tovább. Tomonaga és Luttinger azt jósolta, hogy a spin-gerjesztő hullámok lassabban haladnak, mint a töltéshullámok. A kísérleti adatok megerősítették ezt az elméletet, a hullámterjedési sebességek pontosan megegyeznek a Luttinger-folyadékra vonatkozó modern számítások előrejelzéseivel.
A kutatók megfigyelték a spin és a töltés szétválásátszilárdtest anyagokban, de nem látták egyértelmű vagy számszerűsíthető formában. Kísérletünk valóban az első, amelyben szinte egzakt elmélettel összehasonlítható mennyiségi méréseket kapunk.
Randy Hewlett, a Rice Egyetem fizikusa és a tanulmány egyik szerzője
A munka szerzői megjegyzik, hogy az eredmények nemnemcsak elméleti, hanem gyakorlati is. A mikroáramkörök térfogatának állandó csökkenése az egydimenziós térhez közeli vezetékek létrehozásához vezet, ami azt jelenti, hogy a kvantumhatások befolyásolni kezdik az ilyen eszközök működését. Ezen túlmenően a kutatás segítséget nyújt a topologikus kvantumszámítógépek technológiájának kifejlesztésében, amelyek dekoherencia-mentes qubitekben kódolják az információkat.
Olvass tovább:
A japánok egy óriási turbinát dobtak az óceánba, hogy végtelen energiát nyerjenek az áramlatból.
Japán csillagászok ismeretlen szerkezetet találtak a galaxisban
A kutatók egy „rejtett” ökoszisztémát készítettek egy antarktiszi folyóban