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La Tecnica Di Accoppiamento Dell'Rotazione-Orbita degli Scienziati di JQI Ha Applicazioni Potenziali nella Computazione di Quantum

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

I Fisici all'Istituto Unito di Quantum (JQI), ad una collaborazione del National Institute of Standards and Technology (NIST) ed all'Università di Sosta dell'Maryland-Istituto universitario, per la prima volta hanno indotto un gas degli atomi ad esibire un fenomeno importante di quantum conosciuto come l'accoppiamento di rotazione-orbita.

La Loro tecnica apre le nuove possibilità per fisica fondamentale di comprensione migliore e di studio ed ha applicazioni potenziali alla computazione di quantum, alle unità di prossima generazione “di spintronics„ e perfino alle unità “atomtronic„ sviluppate dagli atomi ultracold.

In un gas ultracold di quasi 200.000 atomi rubidium-87 (indicati come le grandi gobbe) gli atomi possono occupare uno di due livelli energetici (rappresentati come rossi e blu); i laser poi collegano insieme questi livelli in funzione moto degli atomi'. Ai primi atomi in rosso ed agli stati di energia blu occupi la stessa regione (Fase Mista), quindi alle più alte concentrazioni del laser, separano nelle regioni differenti (Fase Separata).

Nella dimostrazione dei ricercatori dell'accoppiamento di rotazione-orbita, due laser permettono che il moto di un atomo lo lanci fra un paio degli stati di energia. Il lavoro recente, pubblicato in Natura, dimostra per la prima volta questo effetto in bosoni, che compongono una delle due classi principali di particelle. La stessa tecnica ha potuto applicarsi alle fermioni, l'altra classe principale di particelle, secondo i ricercatori. I beni speciali delle fermioni renderebbero loro l'ideale per lo studio dei generi nuovi di interazioni fra due particella-per l'esempio quel piombo “aP-Wave„ novello la superconduttività, che può permettere ad un modulo a lungo cercato di computazione di quantum conosciuto come il calcolo topologico di quantum.

In uno sviluppo inatteso, il gruppo egualmente ha scoperto che i laser modificati come gli atomi hanno interagito a vicenda ed hanno indotto gli atomi in uno stato di energia a separare nello spazio dagli atomi nell'altro stato di energia.

Uno dei fenomeni più importanti nella fisica di quantum, accoppiamento di rotazione-orbita descrive l'interazione che può accadere fra i beni interni di una particella ed i sui beni esterni. In atomi, descrive solitamente le interazioni che si presentano soltanto all'interno di un atomo: come l'orbita di un elettrone intorno alla memoria di un atomo (nucleo) pregiudica l'orientamento del barra barra magnete interno dell'elettrone “fili.„ In materiali a semiconduttore quale l'arsenuro di gallio, l'accoppiamento di rotazione-orbita è un'interazione fra la rotazione di un elettrone ed il suo moto lineare in un materiale.

“l'accoppiamento di Rotazione-Orbita è spesso una cattiva cosa,„ ha detto lo Ian Spielman, autore senior di JQI del documento. “I Ricercatori fanno le unità “spintronic„ dall'arsenuro di gallio e se avete preparato una rotazione in un certo orientamento desiderato, l'ultima cosa che la vorreste fare è di lanciare ad una certa altra rotazione quando sta muovendosi.„

“Ma dal punto di vista di fisica fondamentale, accoppiamento di rotazione-orbita è realmente interessante,„ ha detto. “È che cosa determina questi nuovi generi di materiali chiamati “isolanti topologici. “„

Uno degli argomenti più caldi nella fisica ora, isolanti topologici è materiali speciali in cui la posizione è tutto: la capacità degli elettroni di scorrere dipende da dove sono situati all'interno del materiale. La Maggior Parte delle regioni di tal materiale stanno isolando e la corrente elettrica non scorre liberamente. Ma in un isolante topologico piano e bidimensionale, corrente può entrare liberamente lungo la barriera nell'una direzione per un tipo di rotazione e la direzione opposta per il genere opposto di rotazione. In isolanti topologici 3-D, gli elettroni circolerebbero liberamente sulla superficie ma sarebbero inibiti dentro il materiale. Mentre i ricercatori stanno facendo le più alte e versioni più di alta qualità di questa classe speciale di materiale in solidi, l'accoppiamento di rotazione-orbita in gas ultracold bloccati degli atomi potrebbe contribuire a realizzare gli isolanti topologici nel loro più puro, la maggior parte del modulo incontaminato, come gas è esente dagli atomi dell'impurità e dalle altre complessità dei prodotti solidi.

Solitamente, gli atomi non esibiscono lo stesso genere di accoppiamento di rotazione-orbita come gli elettroni esibiscano nei cristalli dell'arsenuro di gallio. Mentre ogni atomo determinato ha suo proprio accoppiamento di rotazione-orbita continuare fra le sue componenti interne (elettroni e nucleo), il moto globale dell'atomo non è influenzato generalmente dal suo stato di energia interna.

Ma i ricercatori potevano cambiare quello. Nel loro esperimento, i ricercatori hanno intrappolato e raffreddato un gas di circa 200.000 atomi rubidium-87 a 100 nanokelvins, 3 miliardo volte più freddo della temperatura ambiente. I ricercatori hanno selezionato un paio degli stati di energia, analogo agli stati della rotazione-giù “e„„ “dello spin-up in un elettrone, a partire dai livelli energetici atomici disponibili. Un atomo ha potuto occupare l'uno o l'altro di questi stati “dello pseudospin„. Poi i ricercatori hanno spleso un paio dei laser sugli atomi in modo da cambiare la relazione fra l'energia dell'atomo ed il suo slancio (la sua velocità di massa di periodi) e quindi il suo moto. Ciò ha creato l'accoppiamento di rotazione-orbita nell'atomo: l'atomo mobile lanciato fra i sui due “la rotazione„ specifica ad una tariffa che dipendeva dalla sua velocità.

“Questo dimostra che l'idea di usando la luce laser per creare l'accoppiamento di rotazione-orbita in atomi funziona. Ciò è tutta che abbiamo pensato vedere,„ Spielman ha detto. “Ma ordinati del qualcos'altro realmente accaduti.„

Hanno risultato l'intensità dei loro laser e gli atomi di uno stato di spin hanno cominciato a respingere gli atomi nell'altro stato di spin, inducente li a separare.

“Abbiamo cambiato fondamentalmente come questi atomi hanno interagito tra loro,„ Spielman abbiamo detto. “Non avevamo anticipato quello e non avevamo ottenuto fortunati.„

Gli atomi del rubidio nell'esperimento dei ricercatori erano bosoni, particelle socievoli che possono tutta la folla nello stesso spazio anche se possiedono i valori identici nei loro beni compreso la rotazione. Ma i calcoli di Spielman indicano che potrebbero anche creare questo stesso effetto in gas ultracold delle fermioni. Le Fermioni, il tipo più antisociale di atomi, non possono occupare lo stesso spazio quando sono in uno stato identico. E confrontato ad altri metodi per la creazione delle interazioni nuove fra le fermioni, gli stati di spin sarebbero più facili da gestire e più lungamente hanno vissuto.

Un gas di Fermi rotazione-orbita-accoppiato potrebbe interagire con se stesso perché i laser efficacemente hanno diviso ogni atomo in due componenti distinte, ciascuno con il suo proprio stato di spin e due tali atomi con differenti velocità potrebbero poi interagire ed accoppiare su con un altro. Questo genere di accoppiamento apre le possibilità, Spielman ha detto, per lo studio dei moduli novelli della superconduttività, specialmente superconduttività “di P-Wave„, in cui due hanno accoppiato gli atomi hanno una fase quantum-meccanica che dipende dal loro orientamento relativo. Tali superconduttori di P-Wave possono permettere ad un modulo di computazione di quantum conosciuto come il calcolo topologico di quantum.

Sorgente: http://www.nist.gov/

Last Update: 12. January 2012 18:12

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