JQI 科學家的空轉軌道聯用技術有潛在的應用在量子計算

Published on March 4, 2011 at 4:15 AM

聯合 Quantum 學院、 (JQI)國家標準技術局 (NIST) 的協作和馬里蘭學院公園大學的物理學家,第一次造成原子氣體陳列叫作空轉軌道聯結的重要數量現象。

他們的技術開闢學習和更好的瞭解根本物理的新的可能性并且有潛在的應用到量子計算,下一代 「spintronics」被建立的甚而設備和 「atomtronic」設備從 ultracold 原子。

在接近 200,000 個銣87 原子 ultracold 氣體 (顯示作為大小丘) 原子可能佔用二個能級之一 (表示如紅色和藍色); 激光一起然後鏈接這些級別作為原子功能』行動。 在紅色和藍色能態的第一個原子请佔用同一個區域 (混合的階段),然後在更高的激光強度,他們分隔到不同的地區 (分隔的階段)。

在空轉軌道聯結的研究員的演示,二激光允許原子的行動翻轉它在一個對能態之間。 新的工作,發布本質上,第一次展示此作用在玻色子,組成一微粒二主課程。 同一個技術能適用於費米子,微粒另一主課程,根據研究員。 費米子特殊屬性將做他們學習的新的種類理想二之間的交往微粒為示例那些導致新穎的 「p 通知」超導性,可能啟用叫作拓撲數量計算的量子計算的一份長期尋找的表單。

在意外的發展,這個小組也發現了被修改的激光原子如何彼此在一能態在空間配合并且造成原子分隔從在另一能態的原子。

其中一種在量子物理學的最重要的現象,空轉軌道聯結描述可能發生在微粒的內部屬性和其外部屬性之間的互相作用。 在原子,它通常描述在原子內只發生的交往: 在原子的核心 (中堅力量) 附近的電子的軌道如何影響取向電子的內部像棒磁鐵 「请空轉」。 在半導體材料例如砷化鎵,空轉軌道聯結是電子的空轉和其直線運動之間的交往在材料。

「空轉軌道聯結經常是一件壞事情」,高級作者說 JQI 的伊恩 Spielman,本文的。 「研究員從砷化鎵做 『spintronic』設備,并且,如果您準備在某個期望取向的空轉,您會希望它執行的最後事情是翻轉對某其他空轉,當它移動時」。

「但是從根本物理,空轉軌道聯結角度看是確實有趣」,他說。 「是什麼驅動稱 『拓撲裝绝緣體工的這些种新的材料。』」

其中一個在現在物理的熱門話題,拓撲裝绝緣體工是地點一切的特殊材料: 電子的能力流取決於他們在材料內的地方位於。 這樣材料的多數區域绝緣,并且電流不自由地流。 但是在平面,二維拓撲裝绝緣體工,當前能沿這個邊緣在空轉的一種類型的一個方向和這种相反的相反的方向自由地流空轉。 在三維拓撲裝绝緣體工,電子在表面將自由地流,但是被禁止在材料裡面。 當研究員做更高和更加優質的版本材料此特殊選件類在固體時的,在原子被困住的 ultracold 氣體的空轉軌道聯結可能幫助認識到在他們最純的拓撲裝绝緣體工,多數原始表單,作為氣體免於雜質原子和固體物料的其他複雜。

通常,原子不陳列作為電子在砷化鎵水晶陳列的這种同一空轉軌道聯結。 當每個單個原子有其自己的空轉軌道聯結繼續在其內部元件之間 (電子和中堅力量) 時,原子的整體行動沒有影響的一般是受其內能狀態的。

但是研究員能更改那。 在他們的實驗,研究員比室溫捕捉并且冷靜了大約 200,000 個銣87 原子氣體冷卻對 100 nanokelvins, 30億次冷。 研究員選擇了一個對能態,類似於在電子的 「旋轉向上」和 「空轉下來」狀態,從可用的原子能級。 原子能佔用這些 「pseudospin」狀態之一。 然後研究員在原子發光一個對激光以便更改原子能和其動力 (其質量時期速度),並且其行動之間的關係。 這在原子創建了空轉軌道聯結: 這個移動原子被翻轉在其二 「空轉」之間指明以取決於其速度的費率。

「這顯示出,使用激光想法創建空轉軌道聯結在原子運作。 這是我們期望發現的全部」, Spielman 說。 「但是發生的其他確實整潔」。

他們出現強度他們的激光,并且一旋轉狀態原子開始排斥在另一旋轉狀態的原子,造成他們分隔。

「我們更改了這些原子如何互相配合」, Spielman 基本上說。 「我們未期望那并且沒獲得幸運」。

在研究員的實驗的銣原子是玻色子,能所有人群到同一個空間的善社交的微粒,即使他們擁有在他們的屬性的相同的值包括空轉。 但是 Spielman 的計算向顯示他們在費米子 ultracold 氣體可能也造成此同樣影響。 當他們在一個相同的狀態時,費米子,原子的更加反社會的類型,不可能佔用同一個空間。 并且與創建的新的交往其他方法比較費米子之間,旋轉狀態是更加容易控制和更長命。

空轉軌道耦合的費密氣體可能與本身配合,因為激光有效分裂了每個原子成二個明顯的要素,中的每一個以其自己的旋轉狀態,并且用不同的速度的二個這樣原子可能與一其他然後配合和配對。 這種配對打開可能性, Spielman 說的學習超導性的新的形式, 「特殊 p 通知」超導性,二配對原子有一個數量機械階段取決於他們的相對取向。 這樣 p 通知超導體可能啟用叫作拓撲數量計算的量子計算的表單。

來源: http://www.nist.gov/

Last Update: 26. January 2012 16:25

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