Kvantemekanikken kører varmt i et koldt plasma:forskning

Forskere fra University of British Columbia har fundet et nyt system, der kan hjælpe med at give 'varmere' kvanteteknologier.

Kvanteteknologier såsom kvantecomputere har potentialet til at behandle information meget hurtigere og mere kraftfuldt end konventionelle computere. Den udsigt har ansporet interessen for eksotiske, komplekse kvantefænomener, især en tilstand kaldet mange-legeme lokalisering.

Mange-legeme lokalisering opstår, når kvanteinteraktioner fanger partikler i et net-lignende net af tilfældige steder. Denne fase af stof beskytter den energi, der er lagret i kvantetilstande, mod nedbrydning til varme - en effekt, der kunne beskytte information i skrøbelige qubits, som er byggestenene i kvanteberegning.

Indtil nu bestræbelser på at studere mange-krops lokalisering, både teoretisk og eksperimentelt, har fokuseret på kvantesystemer afkølet til temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt, eller -273°C.

"Effekten er blevet antaget kun at opstå under forhold, der er meget vanskelige at konstruere, " forklarer UBC kemisk fysiker Ed Grant. "Indtil videre, de fleste beviser for lokalisering af mange legemer er fundet ved hjælp af atomer opstillet i rummet af krydsede laserfelter. Men arrangementer som disse holder kun, så længe lyset er tændt, og bliver lige så let forstyrret som at rive et stykke silkepapir."

I det seneste nummer af Fysisk gennemgangsbreve , Grant og teoretisk fysiker John Sous beskriver resultaterne af et eksperiment, hvor laserimpulser forsigtigt løfter et stort antal molekyler i en gas af nitrogenoxid for at danne et ultrakoldt plasma.

Plasmaet, bestående af elektroner, ioner og Rydberg-molekyler (NO+-ioner, der kredser om af en fjern elektron), samler sig selv og ser ud til at danne en robust lokaliseret tilstand med mange kroppe. Forskerne mener, at plasmaet "slukker" for at opnå denne tilstand naturligt, uden at have brug for et net af laserfelter - ikke mere at rive fra hinanden.

Lige så vigtigt, systemet behøver ikke at starte ved en temperatur nær det absolutte nulpunkt. Mekanismen til selvsamling fungerer naturligt ved høj temperatur, tilsyneladende fører til en spontan tilstand af mange-krops lokalisering.

"Dette kunne give os en meget nemmere måde at lave et kvantemateriale på, hvilket er gode nyheder for praktiske anvendelser, " siger Grant.