JQI Tiedemiehet "Spin-Orbit Vetokoukku tekniikka on mahdollisia sovelluksia Quantum Computing

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

Fyysikot yhteisen Quantum Institute (JQI), yhteistyössä National Institute of Standards and Technology (NIST) ja University of Maryland-College Park, ovat ensimmäistä kertaa aiheutti kaasun atomien näytteille tärkeä kvantti ilmiö tunnetaan spin-rata kytkin.

Heidän tekniikka avaa uusia mahdollisuuksia opiskeluun ja ymmärtämistä perustavanlaatuinen fysiikka ja sillä on mahdollisuuksia sovelluksia kvanttilaskentaa, seuraavan sukupolven "spintroniikan" laitteet ja jopa "atomtronic" laitteet rakennettu ultracold atomeista.

Vuonna ultracold kaasua lähes 200000 rubidium-87 atomien (näkyy suuri humps) atomit voivat miehittää yksi kahden energian tasoilla (edustettuina punainen ja sininen), laserit sitten linkki Yhdessä nämä tasot funktiona atomien liikettä. Aluksi atomien punainen ja sininen energia valtioita miehittää saman alueen (vaihe Mixed), sitten korkeammassa laser vahvuuksia, ne erottavat eri alueilla (vaihe erotetut).

Vuonna tutkijoiden esittelyä spin-rata kytkin, kaksi laseria voidaan atomin liikettä käännä se välillä pari energia. Uusi työ, julkaistiin Nature, osoittaa tämä vaikutus ensimmäistä kertaa bosonit, jotka muodostavat toinen pääluokista hiukkasia. Samaa tekniikkaa voitaisiin soveltaa fermionit, muita merkittäviä luokan hiukkasia, mukaan tutkijoille. Erityisiä ominaisuuksia fermionit tekisi niistä ihanteellisia opiskeluun uudenlaista vuorovaikutusta kahden hiukkasten-esimerkiksi johtavista romaanin "p-aalto" suprajohtavuus, jotka voivat mahdollistaa kauan etsimänsä muodossa kvanttilaskentaa tunnetaan topologisen kvantti laskenta.

Vuonna odottamaton kehitys, havaitsi myös, että laserit muutettu miten atomit vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja aiheutti atomit yhdessä energia valtion erillään tilaa atomien muun energian tilaan.

Yksi tärkeimmistä ilmiöistä kvanttifysiikan, spin-rata kytkentä kuvaa vuorovaikutusta, joka voi tapahtua välillä hiukkasen sisäistä ominaisuudet ja ulkoisen ominaisuuksia. Atomien, se yleensä kuvataan vuorovaikutusta, joka tapahtuu vain sisällä Atom: miten elektronin kiertoradan atomin ydin (ydin) vaikuttaa suunnan elektronin sisäiset baari-magneetti-like "spin". Vuonna puolijohdemateriaalit kuten galliumarsenidi, spin-rata kytkimen vuorovaikutus elektronin spin ja sen lineaarisen liikkeen materiaalia.

"Spin-rata kytkentä on usein huono asia", sanoi JQI n Ian Spielman, vanhempi kirjoittajan. "Tutkijat tekevät" spintronic "laitteita pois galliumarsenidi, ja jos olet valmis spin joissakin haluttuun asentoon, viimeinen asia mitä haluaisi sitä tehdä, on kääntää johonkin muuhun pyörivät, kun se liikkuu."

"Mutta mistä näkökulmasta perusoikeuksien fysiikan, spin-rata kytkin on todella mielenkiintoinen", hän sanoi. "Se mikä ajaa nämä uudenlaisia ​​materiaaleja kutsutaan" topologinen eristeet. '"

Yksi kuumimmista aiheista fysiikan juuri nyt, topologinen eristeet ovat erikoismateriaaleja, jossa sijainti on keskeisintä: kyky elektronien virtaa riippuu siitä, missä ne sijaitsevat materiaalia. Useimmilla alueilla tällaisen aineiston ovat eristävä, ja sähkövirta ei virtaa vapaasti. Mutta tasainen, kaksiulotteinen topologinen eriste, nykyinen voi virrata vapaasti reunaa pitkin yhteen suuntaan yhden tyyppisestä spin, ja vastakkaiseen suuntaan ja päinvastoin sellainen spin. 3-D topologinen eristeet, elektronit virtaisi vapaasti pinnalla, mutta estyä sisällä materiaalia. Vaikka tutkijat ovat tehneet enemmän ja laadukkaampia versioita tämä erityinen luokan materiaalia kiintoaineen, spin-rata kytkin loukkuun ultracold kaasuja atomien voisi auttaa ymmärtämään topologinen eristeet niiden puhtaimmassa, kaikkein turmeltumaton muoto, koska kaasut ovat vapaita epäpuhtaus atomien ja muut monimutkaisia ​​kiinteiden materiaalien.

Yleensä, atomit eivät näytteille samanlaista spin-rata kytkimen elektronit esillä gallium-arseeni kiteitä. Vaikka kunkin yksittäisen atomin on oma spin-rata kytkentä käynnissä välillä sen sisäisiin osiin (elektronit ja ydin), atomin koko liike yleensä ei vaikuta sisäisen energian tilaan.

Mutta tutkijat pystyivät muuttamaan sitä. Heidän kokeessa tutkijat loukkuun ja jäähdytetään kaasu noin 200000 rubidium-87 atomien alas 100 nanokelvins, 3000000000 kertaa kylmempi kuin huoneen lämpötila. Tutkijat valitaan parin energian toteaa, analoginen "spin-up" ja "spin alas" toteaa elektroni, koska saatavissa atomienergian tasoilla. Atomin voisi miehittää jompikumpi näistä "pseudospin" toteaa. Sitten tutkijat loisti pari laserit atomien jotta muuttaa suhdetta atomin energia ja sen vauhdin (sen massa kertaa nopeus), ja siksi sen liikettä. Tämä loi spin-rata kytkin Atom: liikkuva atomi selattava välillä sen kaksi "spin", toteaa tahdilla, joka riippui sen nopeus.

"Tämä osoittaa, että ajatus käyttää laservalon luomiseen spin-rata kytkimen atomien toimii. Tämä kaikki odotimme nähdä," Spielman sanoi. "Mutta jotain muuta todella siisti tapahtunut."

Ne ilmestyivät intensiteetti niiden laserit ja atomit yksi spin valtio alkoi hylkiä atomien muita spin valtio, jolloin ne erikseen.

"Olemme muuttuneet perusteellisesti miten nämä atomit vuorovaikutuksessa toistensa" Spielman sanoi. "Emme olleet odotettavissa, että sekä onnekas."

Rubidium atomien tutkijoiden kokeilun bosonit, seurallinen hiukkasia, jotka voivat kaikki väkeä samaan tilaan, vaikka heillä samanlaisia ​​arvoja niiden ominaisuudet kuten spin. Mutta Spielman n laskelmat osoittavat, että he voisivat myös luoda tämä sama vaikutus ultracold kaasuja fermionit. Fermionit, enemmän antisosiaalinen tyyppi atomeja, ei voi miehittää samaa tilaa, kun ne ovat samassa tilassa. Ja verrattuna muihin menetelmiin luoda uusia vuorovaikutus fermionit, spin olisi helpompi valvoa ja pidempään asunut.

Spin-rata-coupled Fermi kaasu voisi vuorovaikutuksessa itsensä kanssa, koska laserit tehokkaasti jakaa jokainen atomi kahteen erilliseen komponentteja, joilla kullakin on oma spin tilaan, ja kaksi tällaista atomia eri nopeudet voisivat sitten vuorovaikutuksessa ja pareiksi keskenään. Tällainen pariksi avaa mahdollisuuksia, Spielman sanoi, opiskeluun uudentyyppisten suprajohtavuus, etenkin "P-aalto" suprajohtavuus, jossa kaksi pariksi atomit ovat kvanttimekaniikkaan vaihe, joka riippuu niiden suhteellinen suunta. Tällaiset P-aalto suprajohteet voi mahdollistaa muodossa kvanttilaskentaa tunnetaan topologisen kvantti laskenta.

Lähde: http://www.nist.gov/

Last Update: 3. October 2011 14:18

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