Fyysikot etsivät valolla anyoneja

Emoryn yliopiston teoreettisten fyysikkojen löytö tarjoaa uuden työkalun anyonien tutkimiseen, joilla on potentiaalia kvanttilaskennan peruspilareina.

”Käyttämällä tiettyä valon taajuutta olemme kehittäneet anturin, joka pystyy paikantamaan anyonin sijainnin materiaalissa”, sanoo Emoryn yliopiston fysiikan professori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja Luiz Santos .

Unelmatavoitteenamme on kyky manipuloida anyoneja topologisen kvanttilaskennan saavuttamiseksi”, sanoo Tianhong Lu, artikkelin ensimmäinen kirjoittaja. ”Teoreettinen työmme ottaa askeleen tähän suuntaan.”

”Anyone voi piiloutua ja välttää monien ympäristöhäiriöiden aiheuttamat häiriöt”, Santos sanoo. ”Tämä tekee niistä vakaampia kuin tyypilliset kvanttimateriaalit.”

Anyonien tutkiminen ja niiden voiman valjastamiseen tarvittavien tapojen löytäminen on uskomattoman haastavaa, koska ne eivät ole olemassa erillisinä, perushiukkasina. Sen sijaan ne syntyvät elektronien kollektiivisina virityksinä.

”Se on kvanttikoreografiaa”, Santos selittää. ”Elektronit tanssivat ympäriinsä, mikä luo väreilyä, joka kuljettaa anyoneja eli vain murto-osien varauksia.

Fyysikot ovat havainneet tätä kvanttitanssia laboratorio-olosuhteissa mutta anyonien sijainnin paikantaminen on kuitenkin ollut haaste.

Emoryn fyysikot osoittivat, miten valo voi auttaa.

Tietyissä atomitason ohuissa puolijohdemateriaaleissa elektronit voivat pariutua aukkojen kanssa muodostaen eksitoneja – neutraaleja kvasihiukkasia, jotka vuorovaikuttavat voimakkaasti valon kanssa. Tutkijat ennustivat, että kun eksitoni pääsee tarpeeksi lähelle anyonia, se sitoutuu siihen muodostaen uuden komposiittiobjektin: eksitoni-anyoni-tilan. Tämän prosessin pitäisi puolestaan aiheuttaa havaittavissa olevan energian muutoksen.

Haaste alkoi taululla, kun fyysikot kehittivät mahdollisia tapoja mallintaa ehdottamaansa järjestelmäänsä tietokoneella.

Lu kertoo, että fysiikan abstrakti ajattelu oli tämän artikkelin vaikein ja palkitsevin osa. "Meidän piti tehdä laadullisia analyysejä löytääksemme trendejä sitoutumisenergialle ja kvanttilomittumiselle", Lu sanoo tiedoteessa.

Kun he olivat keksineet mallin, he kehittivät sille simulaation ja lopuksi analysoivat tulokset.

"On mielenkiintoista syöttää ideansa tietokoneeseen ja nähdä, että tulokset vastaavat ennustettaan", Lu sanoo.

Tutkijat toivovat, että kokeilijat jatkavat nyt työtä ja vahvistavat teoriansa tosielämässä auttaakseen topologista kvanttilaskentaa viemään sen askeleen lähemmäksi todellisuutta.

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat ovat löytäneet elektronin neljännesosan varauksen

Uudet hiukkaslöydöt voisivat viedä kvanttimekaniikkaa askeleen pidemmälle