Forskere opdagede undvigende halvkvantehvirvler i en supervæske

Forskere har opdaget halvkvantehvirvler i superflydende helium. Denne hvirvel er en topologisk defekt, udstillet i supervæsker og superledere, som fører en fast mængde cirkulerende strøm. Disse objekter blev oprindeligt forudsagt at eksistere i superfluid helium i 1976. Opdagelsen vil give adgang til kernerne af halvkvantehvirvler, hoster isolerede Majorana-tilstande, eksotiske solitære partikler. Forståelse af disse tilstande er afgørende for fremskridt i kvanteinformationsbehandling, bygge en kvantecomputer.

Forskere ved Aalto Universitet, Finland, og P.L. Kapitza-instituttet i Moskva har opdaget halvkvantehvirvler i superflydende helium. Denne hvirvel er en topologisk defekt, udstillet i supervæsker og superledere, som fører en fast mængde cirkulerende strøm.

"Denne opdagelse af halvkvantehvirvler kulminerer en lang søgen efter disse objekter, der oprindeligt var forudsagt at eksistere i superfluid helium i 1976, " siger Samuli Autti, Ph.d.-kandidat ved Aalto-universitetet i Finland.

"I fremtiden, vores opdagelse vil give adgang til kernerne af halvkvantehvirvler, hoster isolerede Majorana-tilstande, eksotiske solitære partikler. Forståelse af disse tilstande er afgørende for fremskridt i kvanteinformationsbehandling, bygge en kvantecomputer, " fortsætter Autti.

Makroskopisk sammenhæng i kvantesystemer som supervæsker og superledere giver mange muligheder, og nogle centrale begrænsninger. For eksempel, styrken af ​​cirkulerende strømme i disse systemer er begrænset til visse diskrete værdier af kvantemekanikkens love. En halvkvantehvirvel overvinder denne begrænsning ved at bruge den ikke-trivielle topologi af det underliggende materiale, et emne, der er direkte relateret til 2016 Nobelprisen i fysik.

Blandt de nye egenskaber er en analog med den såkaldte Alice-streng i højenergifysik, hvor en partikel på en rute rundt om strengen vender tegnet på sin ladning. Generelt er disse systemers kvantekarakter allerede brugt i ultrafølsomme SQUID-forstærkere og andre vigtige kvanteenheder.

Artiklen Observation of Half-Quantum Vortices in Topological Superfluid 3He er blevet offentliggjort i dag i online-versionen af Fysisk gennemgangsbreve . Eksperimenter blev udført i lavtemperaturlaboratoriet ved Aalto Universitet.