Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

تقنيات العلماء JQI 'سبين توصيلات المدار والتطبيقات المحتملة في الحوسبة الكمومية

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

علماء الفيزياء في معهد الكم المشتركة (JQI) ، والتعاون بين المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) وجامعة ميريلاند ، كلية بارك ، وقد لأول مرة سبب من ذرات الغاز في المعرض ظاهرة الكم المهم المعروف تدور في المدار اقتران.

تقنيتهم ​​يفتح إمكانات جديدة لدراسة وفهم أفضل الفيزياء الأساسية والتطبيقات المحتملة لالحوسبة الكمومية ، الجيل القادم "ل spintronics" الأجهزة وحتى "atomtronic" أجهزة مبنية من ذرات الشديدة البرودة.

في غاز الشديدة البرودة من ذرات الروبيديوم - 87 ما يقرب من 200000 (كما هو موضح في مطبات كبيرة) ذرات يمكن أن تحتل واحدا من مستويات الطاقة اثنين (ممثلا الأحمر والأزرق) ؛ الليزر ثم ربط هذه المستويات معا بوصفها وظيفة من حركة الذرات. في الذرات الأولى في ولايات حمراء وزرقاء الطاقة يحتل نفس المنطقة (المرحلة المختلطة) ، ثم بلغت قوتها أعلى الليزر ، وأنها منفصلة في مناطق مختلفة (المرحلة مطلق).

في مظاهرة الباحثين تدور في المدار اقتران ، واثنين من حركة الليزر تسمح ذرة لأنها الوجه بين زوجين من ولايات الطاقة. العمل الجديدة التي نشرت في مجلة Nature ، يوضح هذا التأثير لأول مرة في بوزونات ، التي تشكل واحدة من فئتين كبيرة من الجسيمات. ويمكن تطبيق نفس الأسلوب على الفرميونات ، وفئة أخرى كبيرة من الجزيئات ، وفقا للباحثين. فإن الخصائص المميزة للالفرميونات تجعلها مثالية لدراسة أنواع جديدة من التفاعلات بين هذين الجسيمات ، على سبيل المثال يؤدي إلى الرواية الموصلية الفائقة "ع الموجة" ، والتي قد تمكن النموذج الذي طال انتظاره من الحوسبة الكمومية المعروفة باسم حساب الكم طوبولوجي.

في تطور غير متوقع ، واكتشف الفريق أيضا أن الليزر تعديل الطريقة التي تفاعلت مع بعضها ذرات ذرات أخرى وتسببت في ولاية طاقة واحد لمنفصلة في الفضاء من الذرات في ولاية أخرى للطاقة.

واحدة من أهم الظواهر في فيزياء الكم ، وتدور في المدار اقتران يصف التفاعل التي يمكن أن تحدث بين خصائص الجسيمات الداخلية والخارجية خصائصه. في الذرات ، فإنه عادة ما يصف التفاعلات التي تحدث فقط داخل ذرة : كيف مدار الإلكترون حول النواة في ذرة (نواة) يؤثر على اتجاه الإلكترون الداخلية بار مغناطيس مثل "تدور". في مواد أشباه الموصلات مثل زرنيخيد الغاليوم ، وتدور في المدار اقتران هو التفاعل بين زيادة ونقصان الإلكترون وحركته الخطية في المواد.

"المدار تدور اقتران وغالبا ما يكون أمرا سيئا" ، وقال ايان JQI سبيلمان ، مؤلف كتاب كبار من ورقة. "الباحثون جعل' spintronic "الأجهزة من زرنيخيد الغاليوم ، وإذا كنت قد أعدت تدور في بعض التوجه المطلوب ، وآخر شيء كنت تريد أن تفعله هو الوجه الآخر لبعض الفوائد عندما يتحرك".

واضاف "لكن من وجهة نظر الفيزياء الأساسية ، وتدور في المدار اقتران المثير للاهتمام حقا" ، قال. "وهذا ما يدفع هذه الأنواع الجديدة من مواد تسمى' طوبولوجي العوازل ".

واحدة من أهم الموضوعات في الفيزياء الآن ، طوبولوجي العوازل هي مواد خاصة في المواقع التي هي كل شيء : قدرة لتدفق الالكترونات يعتمد على المكان الذي يوجدون داخل المادة. معظم المناطق من مادة عازلة مثل هذه ، والتيار الكهربائي لا تتدفق بحرية. ولكن في شقة عازل ثنائي الأبعاد ، طوبولوجي ، يمكن أن تتدفق بحرية الحالية على طول الحافة في اتجاه واحد لنوع واحد من زيادة ونقصان ، والاتجاه المعاكس لهذا النوع الآخر من زيادة ونقصان. في 3 - D طوبولوجي العوازل ، وتدفق الالكترونات بحرية على السطح ولكن أن يمنع داخل المادة. في حين أن الباحثين قد جعل إصدارات نوعية أعلى وأعلى من هذه الفئة الخاصة من المواد في المواد الصلبة ، يمكن أن تدور في المدار اقتران الغازات الشديدة البرودة من ذرات المحاصرين مساعدة في تحقيق طوبولوجي العوازل في شكلها أنقى ، الأكثر نقاء ، والغازات خالية من الشوائب وذرات تعقيدات أخرى من المواد الصلبة.

عادة ، والذرات لا يحمل نفس النوع من المدار اقتران تدور الالكترونات كما يحمل في الغاليوم زرنيخيد - البلورات. في حين أن كل ذرة الفرد لديها قناعاتها تدور في المدار اقتران يحدث بين مكوناته الداخلية (الإلكترونات والنواة) ، والحركة للذرة الشاملة عموما لا تتأثر حالته الطاقة الداخلية.

لكن الباحثين كانوا قادرين على تغيير هذا الواقع. في تجربتهم ، والباحثين المحاصرين وتبريد غاز من حوالي 200000 - 87 ذرات الروبيديوم وصولا الى 100 nanokelvins ، 3 مليار مرة ابرد من درجة حرارة الغرفة. اختيار زوج من الباحثين دول الطاقة ، قياسا إلى "المتابعة تدور" و "تدور إلى أسفل" في الدول الإلكترون من مستويات الطاقة الذرية المتاحة. ويمكن ذرة احتلال أي من هذه الدول "pseudospin". ثم لمعت الباحثين زوج من أشعة الليزر على الذرات وذلك لتغيير العلاقة بين الطاقة والذرة وزخمها (سرعته مرات الشامل) ، وبالتالي حركته. هذا خلق تدور في المدار اقتران في الذرة : الذرة تتحرك فيها المعكوسة بين دولتين "تدور" في المعدل الذي يعتمد على سرعته.

"وهذا يدل على أن فكرة استخدام ضوء الليزر لإنشاء تدور في المدار اقتران ذرات يعمل ، وهذا هو كل ما يتوقع أن يرى" ، وقال سبيلمان. واضاف "لكن الحقيقة شيء آخر أنيق حدث".

حتى أنهم حولوا شدة الليزر بهم ، وذرات دولة تدور one بدأت لصد ذرات تدور في ولاية أخرى ، مما يسبب لهم منفصلة.

واضاف "اننا تغيرت جذريا كيفية تفاعل هذه الذرات مع بعضها البعض" ، وقال سبيلمان. "كان لدينا لا يتوقع ذلك ، وحصلت على الحظ."

كانت ذرات الروبيديوم في تجربة الباحثين البوزونات ، والجسيمات التي يمكن مؤنس كل الحشد في نفس المكان حتى لو كانوا يملكون قيم متماثلة في خصائصها بما في ذلك زيادة ونقصان. لكن حسابات سبيلمان وتبين أنها يمكن أن تخلق أيضا هذا التأثير نفسه في الغازات الشديدة البرودة من الفرميونات. يمكن الفرميونات ، ونوع أكثر من ذرات المعادي للمجتمع ، لا تشغل نفس الحيز عندما يكونون في حالة مماثلة. وبالمقارنة مع الطرق الأخرى لخلق تفاعلات جديدة بين الفرميونات ، فإن الدول تدور يكون من الأسهل للسيطرة على وعاش لفترة أطول.

ويمكن لغاز فيرمي تدور في المدار ، إضافة التفاعل مع نفسه لأن الليزر تشطر كل ذرة في عنصرين متميزين ، مع كل تداعياته الدولة الخاصة ، وذرتين من هذا القبيل مع سرعات مختلفة يمكن أن تتفاعل ثم الزوج مع واحدة أخرى. هذا النوع من الاقتران يفتح الاحتمالات ، وقال سبيلمان ، لدراسة أشكال جديدة من الموصلية الفائقة ، وخاصة "ع الموجة" الموصلية الفائقة ، والتي تقرن ذرتين من مرحلة الكم الميكانيكية التي تعتمد على التوجه النسبية. ع قد هذه الموجة فائقة التوصيل تمكين شكلا من أشكال الحوسبة الكمومية المعروفة باسم حساب الكم طوبولوجي.

المصدر : http://www.nist.gov/

Last Update: 6. October 2011 15:42

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit