FoodPro Preloader

Kvartalselektroner kan aktivere eksotisk Quantum Computer


Et par nye studier dokumenterer eksistensen av "quasiparticles" med en fjerdedel elektrisk ladning av en enkelt elektron-oddetall, da elektroner faktisk ikke kan deles inn i mindre partikler. Mer enn bare en nysgjerrighet, kan demonstrasjonen holde nøkkelen til en kraftig form for kvantemåling hvor kvasipartikkernes kvantestatistikk kunne flettes sammen.

Et par nye studier dokumenterer eksistensen av "quasiparticles" med en fjerdedel elektrisk ladning av en enkelt elektron-oddetall, da elektroner faktisk ikke kan deles inn i mindre partikler. Mer enn bare en nysgjerrighet, kan demonstrasjonen holde nøkkelen til en kraftig form for kvantemåling hvor kvasipartikkernes kvantestatistikk kunne flettes sammen.

Fraksjonelle kostnader er ikke noe nytt. Forskere lærte å gjøre dem for mer enn 20 år siden ved å først begrense elektroner til et tynt lag av halvleder, kile dem til nesten absolutt null (-459, 67 grader Fahrenheit, eller -273, 15 grader Celsius) og bruke et magnetfelt. De innførte da en spenning for å starte en strøm som strømmet rundt kantene til halvlederprøven, hvor den oppsto motstand fra materialet.

Merkelig vokste motstanden i trinn som var for små for å bli forklart av bevegelsene til individuelle elektroner. Forskere mener at brøkkvantum Hall-effekten, som det er kjent, oppstår fordi elektroner fusjonerer med deler av et magnetfelt i kollektiver som strømmer som individuelle elektroner. Disse funnene fikk 1998 Nobelprisen i fysikk.

Fraksjonskvantum Hall-effekten syntes å være en abstrusisk lekeplass til 2003, da forskerne oppdaget at enkelte quasiparticles kunne føre til en svært stabil topologisk kvantecomputer. Enhver form for kvanteberegning oppnår sin kraft fra å omdanne partikler til kvantbiter, som representerer 0 og 1 samtidig. Ved konvensjonelle tilnærminger forbinder forskere kvantebiter ved hjelp av ledninger eller lasere, noe som medfører at biter blir utsatt for utvendige vibrasjoner som vil forringe kvanta karakteren. I kontrast kan enkelte quasiparticles bare koble sammen ved å bytte steder, som om å blande et kort kort. Kvasipartiklene ville "huske" stiene de tok, uansett hvor sammenflettet, hvilken (i teorien) ville gjøre dem mer immun mot støy.

"Ideene er vakre, og de kjører veldig vakker vitenskap, " sier eksperimentell fysiker Moty Heiblum fra Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel. Tidligere eksempler på quasiparticles hadde alle merkelige fraksjoner, som en tredjedel. For kvanteberegning vil par av quasiparticles måtte slutte seg sammen og generere kvartalspriser. Inspirert av det teoretiske arbeidet, opprettet Heiblums gruppe og et team fra Harvard University og Massachusetts Institute of Technology (MIT) separat fraksjonseksperimenter som vanlig i et lag av aluminium galliumarsenid sandwichet mellom lag av galliumarsenid. Men de stemte mellomlaget for å inneholde fem elektroner for hvert to magnetfeltlinjer - staten forutslo å generere kvartelektronladninger.

Weizmann-forskerne målt tilfeldige fluktuasjoner i strømmen over en klemme i flyet, noe som tillater bare en ladningsbærende partikkel gjennom om gangen. Denne "skuddstøy", lik den statiske i et radiosignal, var i samsvar med quasiparticles som bærer en fjerdedel en elektronladning, rapporterer gruppen i Nature . Det andre laget fikk lignende resultater, publisert i Science, ved å måle strøm direkte.

Ikke alle kvartalladpartikler ville fungere for topologisk kvantemessig beregning. I fysikk-tale må de også adlyde noe som kalles ikke-abelisk (ikke-kommutativ) statistikk, som henger på styrken av samspillet mellom de parrede quasipartiklene. Metoden som ble brukt av Harvard-MIT eksperimenter tillot dem å måle den styrken. Det var ikke avgjørende, men "de favoriserte modellene har faktisk ikke-abelisk statistikk, " sier Harvard fysiker Charles Marcus.

Observasjonen av de nye quasiparticles er "ganske pen og potensielt seminal", sier teoretisk fysiker Sankar Das Sarma fra University of Maryland, College Park. Den endelige testen for ikke-abelisk statistikk kommer, sier han, når forskere lærer å isolere par quasiparticles side om side og bytte posisjoner. Weizmann- og Harvard-MIT-gruppene jobber med det, men det kan ta noen år. Heiblum forutsier det av alle de forsøkene han har gjort, "det vil bli en av de vanskeligste."

Yukon River Dumping mer kvikksølv takket være klimaendringerUS Energy Department undersøker oppfordringer til kull og atomkraftUS Science Envoy treffer seg for å protestere trusepolitikkerHva hvis det ikke var gravitasjon?Forskere avkaster arktisk oljeutvidelse i brev til amerikanske senatorerStartmeny - Origins of Origins IssueDen skitne siden av rent kullVitenskapspolitiske problemstillinger som er mest aktuelle