Ученые обнаружили новые частицы, которые ведут себя как гибрид фермионов и бозонов. Это открытие может значительно расширить понимание квантовой физики и привести к прорывам в квантовых технологиях.
В квантовой физике существуют явления, которые невозможно объяснить с точки зрения классической физики. Одним из таких открытий стало обнаружение новых квантовых частиц, названных дробными экситонами. Эти частицы ведут себя как гибрид двух фундаментальных типов частиц — фермионов и бозонов, что является неожиданным и важным шагом в развитии науки.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, объясняет, как дробные экситоны ведут себя на основе дробного квантового эффекта Холла. Он возникает, когда магнитное поле воздействует на материал с электрическим током, создавая боковое напряжение. В случае дробного эффекта Холла это напряжение увеличивается не по целым, а по дробным величинам, что связано с переносом части заряда электрона.
Для создания дробных экситонов физики использовали структуру из двух тонких слоев графена, разделенных изолирующим кристаллом нитрида бора. После воздействия сильного магнитного поля, в миллионы раз сильнее земного, ученые впервые обнаружили эти необычные частицы. Дробные экситоны обладают свойствами как фермионов, так и бозонов, что делает их уникальными.
Фермионы и бозоны — это две группы элементарных частиц. Бозоны могут находиться в одном квантовом состоянии одновременно, а фермионы — нет. Дробные экситоны, совмещая свойства обеих групп, открывают новые возможности для создания квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры и методы хранения информации.
Следующим шагом ученые планируют исследовать взаимодействие дробных экситонов с другими частицами и возможности контроля их поведения. Это открытие обещает значительные прорывы в области квантовых вычислений и других перспективных технологий.
ссылка - https://www.nature.com/articles/s41586-024-08274-3
Ученые из Брауновского университета открыли новый класс частиц с необычными квантовыми свойствами. Эти частицы, называемые фракционными экситонами, могут существенно расширить понимание квантового мира и даже открыть новые горизонты в квантовых вычислениях. Работа опубликована в журнале Nature.
Фракционные экситоны были обнаружены в ходе исследований, связанных с дробным квантовым эффектом Холла. Этот эффект проявляется, когда магнитное поле воздействует на проводник с электрическим током, создавая напряжение. В классическом эффекте Холла напряжение увеличивается целочисленными скачками, а в дробном эффекте Холла эти скачки являются дробными долями заряда электрона.
Для проведения эксперимента ученые создали структуру, состоящую из двух слоев графена, разделенных кристаллом из гексагонального нитрида бора, что позволило тщательно контролировать движение электрических зарядов. В этих условиях были получены экситоны — пары, состоящие из электрона и «дыры» (отсутствие электрона). Под действием очень сильных магнитных полей ученые наблюдали фракционные экситоны, которые проявляли необычные свойства.
Обычно частицы делятся на два типа: бозоны и фермионы. Бозоны могут находиться в одном и том же квантовом состоянии без ограничений, а фермионы следуют принципу Паули, который запрещает двум фермионам занимать одно и то же состояние. Однако фракционные экситоны сочетали свойства и бозонов, и фермионов, что сделало их чем-то средним между этими типами частиц.
Команда планирует продолжить изучать, как фракционные экситоны взаимодействуют и выяснить, возможно ли контролировать их поведение. По мнению ученых, это может повлиять на разработку более быстрых и надежных квантовых компьютеров в будущем.
Экситоны — это квантовые частицы, состоящие из связанных электронов и дырок (отсутствий электронов) в полупроводниках или изоляторах. Они могут быть образованы при поглощении света, когда фотон возбуждает электрон, оставляя за собой дырку. Экситоны имеют важные свойства, такие как возможность проявления квантовых эффектов и взаимодействия с другими экситонами, что делает их интересными для исследований в области квантовых технологий.
Исследования показывают, что экситоны могут быть использованы в квантовых компьютерах нового поколения благодаря их способности к образованию экситонных бозонов, которые могут сохранять и обрабатывать квантовую информацию. К тому же, экситоны могут быть более устойчивыми к внешним воздействиям по сравнению с другими квантовыми состояниями, такими как кубиты, что делает их перспективными для создания более надежных квантовых систем.
Существуют исследования, посвященные использованию экситонов в квантовых вычислениях, включая разработку экситонных кубитов и использование экситонов в квантовых сетях. Тем не менее, эта область все еще находится на стадии активного изучения, и многие аспекты остаются предметом дальнейших исследований.
Китайские исследователи сделали важный шаг в области квантовой физики, впервые наблюдая новый квантовый тип материи — супертекучесть (суперфлюидность) встречных потоков. Это достижение стало результатом экспериментов с использованием ультра холодных атомных систем в лабораториях Университета науки и технологий Китая.
Суть открытого явления заключается в уникальном поведении частиц при сверхнизких температурах. В условиях, созданных специалистами, частицы демонстрируют свойства, которые противоречат интуитивным представлениям: они движутся навстречу друг другу в сверхтекучем состоянии, при этом сопротивление движения практически отсутствует. Такое состояние вещества было обнаружено благодаря использованию нового квантового газового микроскопа, способного с высокой точностью управлять и наблюдать за ультрахолодными атомами.
Исследование подтверждает, что методы ультрахолодной квантовой симуляции открывают широкие возможности для изучения новых форм материи. Ключевым моментом стало использование современных технологий, которые позволяют не только контролировать, но и подробно анализировать физические процессы в сложных квантовых системах. Полученные данные играют важную роль в понимании микроскопических механизмов сильно скоррелированных квантовых состояний, включающих множество частиц.