Físicos da Universidade Rice usaram átomos ultrafrios e um canal de luz unidimensional para
Os elétrons são férmions, anti-sociaispartículas quânticas que se recusam a compartilhar espaço entre si, explicam os autores do estudo. De acordo com o princípio de exclusão de Pauli, dois ou mais férmions idênticos não podem estar simultaneamente no mesmo estado quântico em um sistema quântico.
A separação de giros e cargas é uma manifestaçãotal aversão mútua no espaço unidimensional. Os físicos Shinichiro Tomonaga e Joaquin Luttinger desenvolveram um modelo teórico do comportamento do elétron 1D, conhecido como líquido de Luttinger, há cerca de 60 anos, mas até agora tem sido quase impossível medir o efeito quantitativamente.
Modelo do experimento com a criação de uma onda de spin(da mesma forma para uma onda de carga). Um feixe de laser (canto superior esquerdo) cria ondas coletivas no fio que transferem rotação ou carga. O spin deve apontar para cima (azul) ou para baixo (vermelho) e os átomos com spin oposto naturalmente se organizam em um padrão alternado (linha superior). A onda transfere o spin, alterando sucessivamente os valores vizinhos. Ilustração: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Os simuladores quânticos usampropriedades de objetos reais como átomos, íons ou moléculas para resolver problemas que são difíceis ou impossíveis de resolver com computadores convencionais. No simulador de carga de spin da Rice University, os átomos de lítio ultrafrios substituem os elétrons, e o canal de luz é um fio unidimensional.
Quando um elétron colide com outro, eletransfere energia que leva o último a um estado de energia mais alto. Em um material 3D, um elétron excitado é carregado, colide com algo, perde um pouco de energia, voa em uma nova direção para colidir com outra coisa e assim por diante, explicam os cientistas.
No espaço unidimensional do fio, o movimento serácoletivo: quando você "pressiona" um elétron, ele transfere pressão para o próximo e assim por diante. Tomonaga e Luttinger previram que as ondas de excitação de spin viajariam mais lentamente do que as ondas de carga. Dados experimentais confirmaram essa teoria, com as velocidades de propagação das ondas correspondendo exatamente às previsões dos cálculos modernos para o fluido de Luttinger.
Pesquisadores observaram a separação de spin e cargaem materiais de estado sólido, mas eles não o viram de forma clara ou quantificável. Nosso experimento é de fato o primeiro em que são obtidas medidas quantitativas que podem ser comparadas com uma teoria quase exata.
Randy Hewlett, físico da Rice University e um dos autores do estudo
Os autores do trabalho observam que os resultados não sãonão só teórica, mas também prática. A redução constante no volume dos microcircuitos leva à criação de fios próximos ao espaço unidimensional, o que significa que efeitos quânticos começarão a afetar o funcionamento de tais dispositivos. Além disso, o estudo ajudará no desenvolvimento de tecnologia para computadores quânticos topológicos que codificarão informações em qubits livres de decoerência.
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