นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยไรซ์ใช้อะตอมที่เย็นจัดและช่องแสงหนึ่งมิติเพื่อ
อิเล็กตรอนเป็นเฟอร์มิออนต่อต้านสังคมอนุภาคควอนตัมที่ปฏิเสธที่จะใช้พื้นที่ร่วมกัน ผู้เขียนศึกษาอธิบาย ตามหลักการกีดกันของ Pauli เฟอร์มิออนที่เหมือนกันตั้งแต่สองตัวขึ้นไปไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันในระบบควอนตัมได้
การแยกจากกันของการหมุนและประจุเป็นการสำแดงความเกลียดชังซึ่งกันและกันในพื้นที่มิติเดียว นักฟิสิกส์ Shinichiro Tomonaga และ Joaquin Luttinger ได้พัฒนาแบบจำลองทางทฤษฎีของพฤติกรรมอิเล็กตรอน 1 มิติที่เรียกว่าของเหลว Luttinger เมื่อประมาณ 60 ปีที่แล้ว แต่จนถึงขณะนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะวัดผลเชิงปริมาณ
แบบจำลองการทดลองสร้างคลื่นหมุน(คล้ายกับคลื่นประจุ) ลำแสงเลเซอร์ (ซ้ายบน) สร้างคลื่นรวมในเส้นลวดที่ส่งผ่านการหมุนหรือการชาร์จ การหมุนควรชี้ขึ้น (สีน้ำเงิน) หรือลง (สีแดง) และอะตอมที่มีการหมุนตรงกันข้ามจะจัดเรียงตัวเองในรูปแบบสลับกัน (แถวบนสุด) คลื่นจะถ่ายโอนสปินโดยเปลี่ยนค่าที่อยู่ใกล้เคียงอย่างต่อเนื่อง ภาพประกอบ: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
เครื่องจำลองควอนตัมใช้ควอนตัมคุณสมบัติของวัตถุจริง เช่น อะตอม ไอออน หรือโมเลกุล เพื่อแก้ปัญหาที่ยากหรือแก้ไม่ได้ด้วยคอมพิวเตอร์ทั่วไป ในเครื่องจำลองการชาร์จแบบหมุนของมหาวิทยาลัยไรซ์ อะตอมลิเธียมที่เย็นจัดจะแทนที่อิเล็กตรอน และช่องแสงเป็นลวดแบบหนึ่งมิติ
เมื่ออิเล็กตรอนตัวหนึ่งชนกับอีกตัวหนึ่ง มันถ่ายโอนพลังงานที่นำพลังงานหลังไปสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้น ในวัสดุ 3 มิติ อิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นจะถูกพัดพาไป ชนกับบางสิ่ง สูญเสียพลังงานบางส่วน บินไปในทิศทางใหม่เพื่อชนกับสิ่งอื่น และอื่นๆ นักวิทยาศาสตร์อธิบาย
ในพื้นที่หนึ่งมิติของเส้นลวด การเคลื่อนที่จะเป็นรวม: เมื่อคุณ "กด" ที่อิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะถ่ายเทความดันไปยังอิเล็กตรอนถัดไปเป็นต้น Tomonaga และ Luttinger คาดการณ์ว่าคลื่นกระตุ้นการหมุนจะเดินทางช้ากว่าคลื่นที่มีประจุ ข้อมูลการทดลองยืนยันทฤษฎีนี้ ด้วยความเร็วการแพร่กระจายคลื่นที่ตรงกับการคาดการณ์ของการคำนวณสมัยใหม่สำหรับของไหลลัททิงเกอร์
นักวิจัยสังเกตการแยกสปินและการชาร์จในวัสดุโซลิดสเตต แต่พวกเขาไม่เห็นมันในรูปแบบที่ชัดเจนหรือเชิงปริมาณ การทดลองของเราเป็นการทดลองแรกที่ได้รับการวัดเชิงปริมาณซึ่งสามารถเปรียบเทียบได้กับทฤษฎีที่เกือบจะแม่นยำ
Randy Hewlett นักฟิสิกส์จาก Rice University และหนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยนี้
ผู้เขียนงานทราบว่าผลลัพธ์ไม่ได้ไม่เพียงแต่ในทางทฤษฎีเท่านั้นแต่ยังใช้งานได้จริงด้วย การลดปริมาตรของไมโครเซอร์กิตที่ลดลงอย่างต่อเนื่องนำไปสู่การสร้างสายไฟใกล้กับพื้นที่หนึ่งมิติ ซึ่งหมายความว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมจะเริ่มส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์ดังกล่าว นอกจากนี้ การศึกษาจะช่วยในการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมทอพอโลยีที่จะเข้ารหัสข้อมูลในคิวบิตที่ปราศจากการถอดรหัส
อ่านเพิ่มเติม:
ชาวญี่ปุ่นทิ้งกังหันขนาดยักษ์ลงในมหาสมุทรเพื่อรับพลังงานที่ไม่มีที่สิ้นสุดจากกระแสน้ำ
นักดาราศาสตร์จากประเทศญี่ปุ่นพบโครงสร้างที่ไม่รู้จักในกาแลคซี
นักวิจัยถ่ายทำระบบนิเวศ 'ที่ซ่อนอยู่' ในแม่น้ำแอนตาร์กติก