Fyzici z Rice University na to použili ultrachladné atómy a jednorozmerný svetelný kanál
Elektróny sú fermióny, antisociálnekvantové častice, ktoré odmietajú zdieľať medzi sebou priestor, vysvetľujú autori štúdie. Podľa Pauliho vylučovacieho princípu nemôžu byť dva alebo viac identických fermiónov súčasne v rovnakom kvantovom stave v kvantovom systéme.
Prejavom je oddelenie spinov a nábojovtaká vzájomná averzia v jednorozmernom priestore. Fyzici Shinichiro Tomonaga a Joaquin Luttinger vyvinuli teoretický model správania sa 1D elektrónov, známy ako Luttingerova kvapalina, asi pred 60 rokmi, no doteraz bolo takmer nemožné kvantitatívne zmerať tento efekt.
Model experimentu s vytvorením spinovej vlny(podobne ako pri nábojovej vlne). Laserový lúč (vľavo hore) vytvára v drôte kolektívne vlny, ktoré prenášajú rotáciu alebo náboj. Rotácia by mala smerovať nahor (modrá) alebo nadol (červená) a atómy s opačným rotáciou sa prirodzene usporiadajú do striedavého vzoru (horný rad). Vlna prenáša rotáciu a postupne mení susedné hodnoty. Ilustrácia: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Kvantové simulátory využívajú kvantumvlastnosti skutočných objektov, ako sú atómy, ióny alebo molekuly, na riešenie problémov, ktoré je ťažké alebo nemožné vyriešiť bežnými počítačmi. V simulátore spinového náboja Rice University nahrádzajú ultrachladné atómy lítia elektróny a svetelný kanál je jednorozmerný drôt.
Keď sa jeden elektrón zrazí s druhýmprenáša energiu, ktorá ho privádza do vyššieho energetického stavu. V 3D materiáli je vzrušený elektrón unášaný, s niečím sa zrazí, stratí časť energie, letí novým smerom, aby sa zrazil s niečím iným atď., vysvetľujú vedci.
V jednorozmernom priestore drôtu bude pohybkolektív: keď „stlačíte“ jeden elektrón, prenesie tlak na ďalší atď. Tomonaga a Luttinger predpovedali, že spinové excitačné vlny sa budú pohybovať pomalšie ako nábojové vlny. Experimentálne údaje potvrdili túto teóriu, pričom rýchlosti šírenia vĺn presne zodpovedali predpovediam moderných výpočtov pre Luttingerovu tekutinu.
Výskumníci pozorovali oddelenie rotácie a nábojav materiáloch v tuhom stave, ale nevideli to v jasnej alebo kvantifikovateľnej forme. Náš experiment je skutočne prvým, pri ktorom sa získajú kvantitatívne merania, ktoré možno porovnať s takmer presnou teóriou.
Randy Hewlett, fyzik z Rice University a spoluautor štúdie
Autori práce poznamenávajú, že výsledky nie súnielen teoretická, ale aj praktická. Neustále znižovanie objemu mikroobvodov vedie k vytvoreniu drôtov v blízkosti jednorozmerného priestoru, čo znamená, že kvantové efekty začnú ovplyvňovať činnosť takýchto zariadení. Okrem toho výskum pomôže pri vývoji technológie pre topologické kvantové počítače, ktoré budú kódovať informácie v qubitoch bez dekoherencie.
Čítaj viac:
Japonci vypustili do oceánu obrovskú turbínu, aby z prúdu získali nekonečnú energiu.
Astronómovia z Japonska našli v galaxii neznámu štruktúru
Výskumníci nafilmovali „skrytý“ ekosystém v antarktickej rieke