I fisici della Rice University hanno utilizzato atomi ultrafreddi e un canale luminoso unidimensionale per ottenere questo risultato
Gli elettroni sono fermioni, antisocialiparticelle quantistiche che si rifiutano di condividere lo spazio tra loro, spiegano gli autori dello studio. Secondo il principio di esclusione di Pauli, due o più fermioni identici non possono trovarsi simultaneamente nello stesso stato quantistico in un sistema quantistico.
La separazione di giri e cariche è una manifestazionetale avversione reciproca nello spazio unidimensionale. I fisici Shinichiro Tomonaga e Joaquin Luttinger hanno sviluppato un modello teorico del comportamento degli elettroni 1D, noto come liquido di Luttinger, circa 60 anni fa, ma finora è stato quasi impossibile misurare quantitativamente l'effetto.
Modello dell'esperimento con la creazione di un'onda di spin(in modo simile per un'onda di carica). Un raggio laser (in alto a sinistra) crea onde collettive nel filo che trasferiscono la rotazione o la carica. La rotazione dovrebbe essere rivolta verso l'alto (blu) o verso il basso (rosso) e gli atomi con la rotazione opposta si dispongono naturalmente in uno schema alternato (riga superiore). L'onda trasferisce lo spin, cambiando successivamente i valori vicini. Illustrazione: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
I simulatori quantistici usano il quantumproprietà di oggetti reali come atomi, ioni o molecole per risolvere problemi difficili o impossibili da risolvere con i computer convenzionali. Nel simulatore di carica di spin della Rice University, gli atomi di litio ultrafreddi sostituiscono gli elettroni e il canale luminoso è un filo unidimensionale.
Quando un elettrone si scontra con un altro, essotrasferisce energia che porta quest'ultimo a uno stato energetico superiore. In un materiale 3D, un elettrone eccitato viene portato via, si scontra con qualcosa, perde un po' di energia, vola in una nuova direzione per scontrarsi con qualcos'altro e così via, spiegano gli scienziati.
Nello spazio unidimensionale del filo, il movimento saràcollettivo: quando si "preme" su un elettrone, si trasferisce la pressione al successivo e così via. Tomonaga e Luttinger prevedevano che le onde di eccitazione di spin avrebbero viaggiato più lentamente delle onde di carica. I dati sperimentali hanno confermato questa teoria, con le velocità di propagazione delle onde che corrispondono esattamente alle previsioni dei calcoli moderni per il fluido di Luttinger.
I ricercatori hanno osservato la separazione di spin e caricain materiali allo stato solido, ma non lo vedevano in una forma chiara o quantificabile. Il nostro esperimento è infatti il primo in cui si ottengono misurazioni quantitative che possono essere confrontate con una teoria quasi esatta.
Randy Hewlett, fisico della Rice University e uno degli autori dello studio
Gli autori del lavoro notano che i risultati non lo sononon solo teorico ma anche pratico. La costante riduzione del volume dei microcircuiti porta alla creazione di fili vicini allo spazio unidimensionale, il che significa che gli effetti quantistici inizieranno a influenzare il funzionamento di tali dispositivi. Inoltre, la ricerca aiuterà nello sviluppo della tecnologia per computer quantistici topologici che codificheranno le informazioni in qubit privi di decoerenza.
Leggi di più:
I giapponesi hanno scaricato una gigantesca turbina nell'oceano per ottenere energia infinita dalla corrente.
Gli astronomi dal Giappone hanno trovato una struttura sconosciuta nella galassia
I ricercatori hanno filmato un ecosistema "nascosto" in un fiume antartico