Фізики з Університету Райса використовували ультрахолодні атоми та одновимірний світловий канал.
Електрони - це ферміони, антисоціальніквантові частки, які відмовляються ділити простір одне з одним, пояснюють автори дослідження. Відповідно до принципу виключення Паулі два або більше ідентичних ферміони не можуть одночасно перебувати в тому самому квантовому стані в квантовій системі.
Поділ спинів та зарядів є проявомтакої взаємної огиди в одновимірному просторі. Фізики Шиничіро Томонага та Хоакін Латтінжер сформували теоретичну модель поведінки електронів у 1D, відому під назвою рідина Латтінжера, близько 60 років тому, проте досі виміряти ефект кількісно практично не вдавалося.
Модель експерименту зі створенням спинової хвилі(Аналогічно для зарядової хвилі). Лазерний промінь (вгорі зліва) створює у дроті колективні хвилі, які переносять або спин, або заряд. Спин повинен вказувати вгору (синій) або вниз (червоний), а атоми з протилежним спином природно розташовуються в порядку, що чергується (верхній ряд). Хвиля переносить спини, послідовно змінюючи сусідні значення. Ілюстрація: Ella Maru Studio, R. Hulet, Rice University
Квантові симулятори використовують квантовівластивості реальних об'єктів, таких як атоми, іони або молекули для вирішення проблем, які важко або неможливо вирішити за допомогою звичайних комп'ютерів. У симуляторі спинового заряду Університету Райса ультрахолодні атоми літію замінюють електрони, а світловий канал — одномірний провід.
Коли один електрон стикається з іншим, вінпередає енергію, яка переводить останній у вищий енергетичний стан. У тривимірному матеріалі збуджений електрон відноситься геть, стикається з чимось, втрачає трохи енергії, летить у новому напрямку, щоб зіткнутися з чимось ще й таке інше, пояснюють вчені.
В одновимірному просторі дроту рух будеколективним: коли ви «тисните» на один електрон, він передає тиск наступному і так далі. Томонага та Латтінжер передбачили, що хвилі спинового збудження рухатимуться повільніше, ніж хвилі заряду. Експериментальні дані підтвердили цю теорію, при цьому швидкості поширення хвиль точно збіглися з прогнозами сучасних розрахунків для рідини Латтінжер.
Дослідники спостерігали поділ спина та зарядуу твердотільних матеріалах, але вони не бачили його у чіткій чи кількісній формі. Наш експеримент справді перший, у якому отримано кількісні виміри, які можна порівняти з майже точною теорією.
Ренді Хьюлет, фізик з Університету Райса та один із авторів дослідження
Автори роботи зазначають, що результати не маютьлише теоретичне, а й практичне значення. Постійне зменшення обсягу мікросхем призводить до створення дротів, близьких до одномірного простору, а значить, квантові ефекти почнуть впливати на роботу таких пристроїв. Крім того, дослідження допоможе у розробці технології топологічних квантових комп'ютерів, які кодуватимуть інформацію в кубітах, вільних від декогеренції.
Читати далі:
Японці скинули гігантську турбіну в океан, щоб отримувати нескінченну енергію від течії
Астрономи з Японії знайшли у галактиці невідому структуру
Дослідники зняли на відео «приховану» екосистему антарктичної річки