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

ספין אורביט מדענים "JQI טכניקת צימוד יש יישומים פוטנציאליים של מחשוב קוונטי

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

פיזיקאים בבית משותף קוונטית המכון (JQI), שיתוף פעולה של המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) ואת אוניברסיטת מרילנד, קולג' פארק, יש את הפעם הראשונה גרמה גז של אטומי להציג תופעה חשובה קוונטי המכונה ספין במסלול צימוד.

הטכניקה שלהם פותחת אפשרויות חדשות עבור לימוד הבנה טובה יותר פיסיקה בסיסית ויש לו פוטנציאל יישומי מחשוב קוונטי, הדור הבא "ספינטרוניקה" מכשירים ואפילו "atomtronic" מכשירים בנוי אטומים ultracold.

ב ultracold גז של כמעט 200,000 רובידיום-87 אטומים (כפי שמוצג בליטות גדולות) האטומים יכול לכבוש אחת משתי רמות האנרגיה (כפי שהוא מיוצג אדום וכחול); לייזרים אז הקישור ביחד רמות אלה כפונקציה של תנועת "אטומים. בשלב אטומים הראשון בארצות אנרגיה אדום וכחול לכבוש אותו אזור (שלב מעורבת), ואז בעוצמות לייזר גבוהה יותר, הם נפרדים לאזורים שונים (שלב מופרדים).

בהפגנה החוקרים של צימוד ספין במסלול, שני לייזרים לאפשר תנועה של אטום כדי להפוך אותו בין זוג אנרגיה מדינות. המחקר החדש, שפורסם בכתב העת Nature, מראה את האפקט הזה בפעם הראשונה ב בוזונים, אשר מהווים את אחד משני סוגים עיקריים של חלקיקים. באותה טכניקה יכול להיות מיושם על פרמיונים, המעמד של חלקיקים גדולים אחרים, על פי החוקרים. התכונות המיוחדות של פרמיונים היה להפוך אותם אידיאליים ללמוד סוגים חדשים של יחסי הגומלין בין שני חלקיקים, למשל אלה מוליכות המוביל הרומן "p גל", אשר עשוי לאפשר הטופס המיוחל של מחשוב קוונטי המכונה חישוב קוונטי טופולוגי.

בהתפתחות בלתי צפויה, הצוות גם גילה כי לייזרים שונה כיצד האטומים תיקשר עם כל אטומים אחרים וגרמו במדינה אחת אנרגיה כדי להפריד בחלל מאטומים במדינה אנרגיה אחרים.

אחת התופעות החשובות ביותר פיזיקת הקוונטים, ספין במסלול צימוד מתאר את יחסי הגומלין שיכולים להתרחש בין מאפיינים פנימיים של חלקיק ואת המאפיינים החיצוניים שלה. בשנת אטומים, זה בדרך כלל מתאר אינטראקציות להתרחש רק בתוך אטום: איך במסלול של אלקטרון סביב גרעין האטום (גרעין) משפיעה על הכיוון של הפנימי של האלקטרון בר מגנט כמו "ספין". בשנת חומרים מוליכים למחצה כגון arsenide גליום, ספין במסלול צימוד הוא האינטראקציה בין הספין של האלקטרון בתנועה ליניארית שלה בחומר.

"ספין במסלול צימוד היא לעיתים קרובות דבר רע," אמר איאן JQI של שפילמן, המחבר הראשי של העיתון. "החוקרים לעשות" spintronic "מכשירים מתוך arsenide גליום, ואם אתה כבר מוכן ספין בכיוון הרצוי מסוימים, הדבר האחרון שאתה רוצה זה לעשות הוא להפוך ספין אחרת כאשר הוא זז."

"אבל מנקודת המבט של פיסיקה בסיסית, ספין במסלול צימוד באמת מעניין", אמר. "זה מה שמניע אלה סוגים חדשים של חומרים בשם" מבודדים טופולוגי ".

אחד הנושאים החמים ביותר בפיסיקה עכשיו, מבודדים טופולוגי הם חומרים מיוחדים שבהם המיקום הוא הכל: היכולת של האלקטרונים לזרום תלוי היכן הם ממוקמים בתוך החומר. רוב האזורים של חומר בידוד כאלה, ואת זרם חשמלי לא לזרום בחופשיות. אבל מבודד שטוח דו מימדי, טופולוגי, הנוכחי יכול לזרום בחופשיות לאורך הקצה בכיוון אחד עבור סוג אחד של ספין, ואת הכיוון הנגדי לסוג השני של ספין. ב 3-D מבודדים טופולוגי, האלקטרונים יזרמו באופן חופשי על פני השטח, אבל להיות עצורה בתוך החומר. בעוד החוקרים כבר עושה גרסאות באיכות גבוה יותר ויותר של המעמד המיוחד הזה של חומר במוצקים, ספין למסלול מזדווגים גזים הלכודים ultracold של אטומים יכולה לעזור להבין מבודדים טופולוגי בצורתו הטהורה ביותר, וטהור ביותר שלהם, כמו גזים חופשיים של אטומים הטומאה את המורכבות של חומרים מוצקים אחרים.

בדרך כלל, האטומים אינם מציגים את אותו סוג של צימוד ספין במסלול כמו אלקטרונים התערוכה arsenide גליום-גבישים. בעוד כל אטום בודד יש צימוד ספין במסלול משלה קורה בין הרכיבים הפנימיים (אלקטרונים גרעין), ההצעה הכוללת של אטום בדרך כלל אינה משפיעה על מצב האנרגיה הפנימית שלה.

אך החוקרים הצליחו לשנות את זה. בניסוי שערכו החוקרים לכוד מקורר גז של כ - 200,000 אטומי רובידיום-87 עד 100 nanokelvins, 3 מיליארד פעמים קר יותר מאשר בטמפרטורת החדר. החוקרים בחרו זוג אנרגיה מדינות, מקביל "ספין למעלה" ו "ספין למטה" מדינות אלקטרון, מרמות זמין לאנרגיה אטומית. אטום יכול לכבוש כל אחד מהם "pseudospin" מדינות. לאחר מכן החוקרים מצוחצחות זוג לייזרים על האטומים כדי לשנות את היחס בין האנרגיה של אטום ואת המומנטום שלה (פעמים מסתו מהירות), ולכן ההצעה שלה. זה יצר ספין למסלול מזדווגים האטום: האטום נע התהפך בין שתי המדינות שלה "ספין" בקצב הזה תלויה מהירותו.

"זה מדגים את הרעיון של שימוש באור לייזר כדי ליצור ספין למסלול מזדווגים אטומים עובד. כל זה אנו צפויים לראות", אומר שפילמן. "אבל משהו באמת מסודר קרה."

הם הפכו את עוצמת הלייזר שלהם, אטומים של מדינה אחת ספין החלו להדוף את האטומים במצב ספין אחרים, גורם להם נפרד.

"אנחנו באופן מהותי כיצד האטומים האלה אינטראקציה אחד עם השני", אומר שפילמן. "אנחנו לא ציפו כי וקיבל מזל."

אטומי רובידיום בניסוי של החוקרים היו בוזונים, חלקיקים חברותי שכל הקהל לחלל אותו גם אם הם בעלי ערכים זהים המאפיינים שלהם כולל ספין יכול. אבל החישובים של שפילמן להראות שהם יכולים גם ליצור אפקט זה אותו גזים ultracold של פרמיונים. פרמיונים, סוג אנטי חברתית יותר של אטומים, לא יכול לכבוש את החלל אותו כאשר הם נמצאים במצב זהה. וזה לעומת שיטות אחרות ליצירת אינטראקציות חדשות בין פרמיונים, מדינות ספין יהיה קל יותר לשלוט חיו זמן רב יותר.

גז ספין במסלול מצמידים פרמי יכול לתקשר עם עצמו כי לייזרים ביעילות לפצל כל אטום לשני רכיבים נפרדים, כל אחד עם מצב ספין משלו, שני אטומי כזה עם מהירויות שונות עלולה אינטראקציה זוג עם השני. סוג זה של זיווג פותחת אפשרויות, אמר שפילמן, ללימוד צורות הרומן של מוליכות, בעיקר "p גל" מוליכות, שבו שני אטומים לזווג יש שלב המכניקה הקוואנטית זה תלוי בכיוון היחסי שלהם. כאלה p גל מוליכי עשוי לאפשר צורה של מחשוב קוונטי המכונה חישוב קוונטי טופולוגי.

מקור: http://www.nist.gov/

Last Update: 3. October 2011 21:56

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