Rice Üniversitesi araştırmacılarından oluşan bir ekip, yarım asırdan fazla bir süre önce öngörülen şaşırtıcı bir kuantum fenomeninin ilk doğrudan gözlemini, kuantum hesaplama, iletişim ve algılamada devrimci uygulamalar için yollar açtığını bildirdi.
Superradant bir faz geçişi (SRPT) olarak bilinen fenomen, iki grup kuantum parçacık grubu, herhangi bir dış tetikleyici olmadan koordineli, kolektif bir şekilde dalgalanmaya başladığında, yeni bir madde durumu oluşturur.
Keşif, eksi 457 Fahrenheit’e soğutulmuş ve 7 Tesla’ya kadar güçlü bir manyetik alana maruz kalan (Dünya’nın manyetik alanından 100.000 kat daha güçlü) maruz kalan erbium, demir ve oksijenden oluşan bir kristalde yapıldı. Bilim ilerlemeleri.
“Başlangıçta, SRPT’nin kuantum vakum dalgalanmaları – tamamen boş alanda bile doğal olarak var olan quantum ışık alanları ve madde dalgalanmalarından kaynaklandığı önerildi.” Dedi.
“Bununla birlikte, çalışmamızda, bu geçişi iki farklı manyetik alt sistemle birleştirerek fark ettik – demir iyonlarının ve kristal içindeki erbium iyonlarının spin dalgalanmaları.”
Spin, elektronların veya diğer parçacıkların manyetik kutuplarını tanımlar ve her bir parçacığa bağlı, sürekli olarak twirling ve belirli bir yöne işaret eden küçük bir ok olarak öngörülebilir. Dönen hizalandığında, bir malzeme boyunca manyetik desenler oluştururlar. Dönen paterni bir dalga gibi malzeme boyunca dalgalandığında, ortaya çıkan kolektif uyarma bir magnon olarak bilinir.
Şimdiye kadar, bir SRPT’nin gerçekte gerçekleşip gerçekleşemeyeceği, ışık tabanlı sistemlerde kurulan teorik fizikte “hareketsiz teorem” olarak adlandırılan bir sınırlamaya karşı koşarken tartışmaya tabi tutuldu. Bir SRPT’yi iki spin alt sistem arasındaki etkileşimlere dayanan manyetik bir kristalde sahneleyerek, araştırmacılar bu bariyerin etrafından geçebildiler ve fenomenin büyük bir versiyonunu yarattılar.
Özellikle, demir iyonlarının magnonları geleneksel olarak vakum dalgalanmalarına atfedilen rolü oynar ve erbium iyonlarının dönüşleri madde dalgalanmalarını temsil eder.
Gelişmiş spektroskopik teknikleri kullanarak, araştırmacılar bir SRPT’nin belirgin imzalarını gözlemlediler, bir spin modunun enerji sinyali kaybolur ve diğeri net bir kayma veya bükülme gösterir. Bu spektral parmak izleri, teorinin süper rahibe aşamasına girmek için öngördüğü şeyle eşleşiyor ve ekibe uzun zamandır aranan devleti varlığa kavuşturduklarına dair yüksek güven veriyor.
Kim, “Bu iki spin sistemi arasında ultrasong bir bağlantı kurduk ve önceki deneysel kısıtlamaların üstesinden gelen bir SRPT’yi başarıyla gözlemledik.” Dedi.
Araştırmacılar sadece 50 yaşındaki bir fizik tahmini doğrulandığı için değil, aynı zamanda bunun kuantum teknolojisi için ne anlama gelebileceği için heyecanlı. SRPT’deki kolektif kuantum durumları, yeni nesil kuantum teknolojileri için kullanılabilecek benzersiz özelliklere sahiptir.
Kim, “Bu geçişin kuantum kritik noktasının yakınında, sistem doğal olarak kuantum ağızlı durumları-kuantum gürültüsünün büyük ölçüde azaldığı-ölçüm hassasiyetini büyük ölçüde artırıyor.” Dedi. “Genel olarak, bu içgörü kuantum sensörlerinde ve bilgi işlem teknolojilerinde devrim yaratabilir, sadakatlerini, hassasiyetlerini ve performanslarını önemli ölçüde ilerletebilir.”
Fizik ve Astronomi Doçenti Kaden Hazzard ile çalışan Rice’da yüksek lisans öğrencisi olan Sohail Dasgupta, teorik olarak SRPT’yi modelledi ve işbirlikçileri ve ortak yazar Motoaki Bamba, Yokohama Ulusal Üniversitesi’nde profesör.
Dasgupta, “Temel matematiksel model daha önce Motoaki tarafından daha önce düzenlenmiş olsa da, kesin sonuçları elde etmek için malzemenin belirli manyetik özelliklerinden bazılarını hesaba katmamız gerekiyordu. Teoriniz nadiren gerçekleşen deneysel verilerle eşleştiğinde, bir bilim adamı için en iyi duygudur.” Dedi.
Hazzard, başarının kuantum optiklerden gelen kavramların katı malzemelere çevrilebileceğini gösterdiğini söyledi.
Hazzard, “Bu, boşluk kuantum elektrodinamiğinden gelen fikirleri kullanarak maddenin aşamalarını oluşturmak ve kontrol etmek için yeni bir yol açıyor.” Dedi.
Ayrıca, bu çalışmada kullanılan kristal, daha geniş bir malzeme sınıfının bir örneğidir, bu da araştırmanın benzer şekilde etkileşen manyetik bileşenlere sahip diğer materyallerde kuantum fenomenlerini keşfetmenin yolunu açtığı anlamına gelir.
Karl F. Hasselmann, elektrikli ve bilgisayar bilimi profesörü, ilave ve malzeme bilimi profesörü, profesörü, materyaller içinde içsel kuantum etkileşimlerini anlamak ve sömürmek için kuantum fiziğinde önemli bir atılım yaparak tamamen iki iç madde dalgalanmasını birleştirerek bir SRPT formunu göstermek.
