Naukowcy z Austrii przedstawili nowe pomysły na projektowanie egzotycznych, tak zwanych "topologicznych stanów materii" w kwantowo-mechanicznych układach wielociałowych. Badania, których wyniki zaprezentowano w czasopiśmie Nature Physics, zostały dofinansowane z unijnych projektów NAME-QUAM (Nanoprojektowanie atomowej i molekularnej materii kwantowej) i AQUTE (Atomowe technologie kwantowe). Obydwa projekty uzyskały wsparcie odpowiednio na kwotę 2,09 mln EUR i 5,3 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR).

Naukowcy z Uniwersytetu w Innsbrucku powiązali koncepcje optyki kwantowej i fizyki materii skondensowanej, wykazując jak można opracować komputer kwantowy "odporny na zakłócenia".

Fizycy Sebastian Diehl i Peter Zoller zaprezentowali w 2008 r. świeże podejście do projektowania stanów kwantowych w układach wielociałowych. Wykorzystali zjawisko fizyczne, które zazwyczaj znacząco intensyfikuje stopień nieuporządkowania w układzie, zwany dyssypacją. Eksperci definiują dyssypację jako koncepcję, która opisuje wytwarzanie ciepła poprzez tarcie.

Niemniej w fizyce kwantowej dyssypacja może przynieść porządek. Może pojawić się również czysty stan wielociałowy. Grupa z Innsbrucku, pracująca nad ostatnimi badaniami pod kierunkiem Rainera Blatta, wykazała doświadczalnie, że wiele efektów kwantowych można uzyskać i wzmocnić poprzez dyssypację.

We współpracy z Instytutem Optyki Kwantowej i Informacji Kwantowej przy Austriackiej Akademii Nauk, naukowcy z Innsbrucku dostarczyli kluczowych informacji o tym, jak dyssypację można wykorzystać do osiągnięcia innych korzyści.

Podkreślają, że porządek topologiczny pomaga wyjaśnić porządek w układach wielociałowych w dziedzinie fizyki materii skondensowanej. Na przykład efekt kwantowy Halla i izolator topologiczny to zjawiska topologiczne. Pierwszy został zaprezentowany w latach 80. XX w., a w przypadku drugiego odkryto, że zachowuje się jak izolator elektryczny wewnątrz, a na powierzchni umożliwia transport ładunków.

Zespół dr Diehla i dr Zollera proponuje tworzenie fermionów Majorany wzbudzonych dyssypacją w układzie kwantowym. To zjawisko topologiczne, nazwane od nazwiska włoskiego fizyka Ettore Majorany, opisuje cząstki, które są własnymi antycząstkami.

"Pokazujemy nowy sposób na tworzenie fermionów Majorany w sposób kontrolowany w układzie kwantowym" - stwierdza dr Diehl. "W tym celu wykorzystaliśmy dynamikę rozpraszającą, która wprowadza układ w ten stan w ukierunkowany sposób i zmusza go do powrotu, kiedy dozna zakłóceń."

Naukowcy twierdzą, że obydwie koncepcje są niezwykle odporne na zakłócenia, takie jak nieuporządkowanie. "Pracujemy na styku dwóch dyscyplin, co stwarza nowe, ekscytujące możliwości" - zauważa dr Diehl. "Jesteśmy w stanie odhaczyć wszystkie punkty na topologicznej liście kontrolnej i wykazać, że jej warunki wstępne obowiązują również w układzie o dynamice rozpraszającej".

© Unia Europejska 2005 - 2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Diehl, S., et al. (2011) 'Topology by dissipation in atomic quantum wires', Nature Physics, published 2 October. DOI: 10.1038/nphys2106.