Kwantowa ściana domenowa - widoczna między dwoma grupami atomów jako jaśniejsza linia

Z katalogu bardzo dziwnej fizyki: stworzono kwantowe ściany domenowe

Może to brzmieć bardzo egzotycznie, ale fizycy z Uniwersytetu w Chicago stworzyli w laboratorium nowy rodzaj kwantowego obiektu, który można dowolnie kontrolować. Tzw. kwantowe ściany domenowe mogą pomóc lepiej zrozumieć egzotyczne cząstki elementarne i wskazać kierunek dla nowych technologii w przyszłości.

Badania, które opisano w Nature, zostały przeprowadzone przez zespół naukowców pod kierownictwem prof. Chenga China z Uniwersytetu w Chicago. W jednym z przeprowadzonych eksperymentów, fizycy zauważyli fascynujące zjawisko zachodzące w atomach w ekstremalnie niskich temperaturach. O co dokładnie chodzi? Okazuje się, że w odpowiednich warunkach, grupy atomów mogą rozdzielić się na domeny, a w miejscu ich zetknięcia tworzy się coś na kształt ściany. Ta z kolei zachowuje się jak niezależny obiekt kwantowy.

Jest to coś w rodzaju wydmy na pustyni – składa się z piasku, ale wydma zachowuje się jak obiekt, który zachowuje się inaczej niż pojedyncze ziarna piasku.

Kai-Xuan Yao, pierwszy autor pracy

Takie ściany domenowe udawało się dostrzec już wcześniej w materiałach kwantowych, ale nigdy nie udawało się ich wygenerować i przeanalizować. Kiedy fizycy z Uniwersytetu w Chicago w końcu stworzyli „przepis” na zbudowanie ścian, zaobserwowano w nich szereg zaskakujących zachowań. Mogą one stanowić podwaliny przyszłych technologii.

Mamy duże doświadczenie w kontrolowaniu atomów. Wiemy, że jeśli popchniesz atomy w prawo, będą się poruszać w prawo. Ale tutaj, jeśli popchniesz ścianę domeny w prawo, porusza się ona w lewo.

prof. Cheng Chin

Ściany domenowe, o których mowa, należą do klasy znanej jako zjawiska emergentne, co oznacza, że wydają się one podążać za nowymi prawami fizyki w wyniku oddziaływania wielu cząstek razem jako kolektyw.

Czytaj też: Ułamkowe stany kwantowe wykryte w dwuwarstwowym grafenie. Pierwsza taka obserwacja

Zespół prof. China bada te zjawiska emergentne, wierząc, że mogą one mogą one nieco rozjaśnić tzw. dynamiczną teorią gauge, która opisuje różne nietypowe zjawiska w materiałach, a także we wczesnym Wszechświecie. Przełom w tej dziedzinie może umożliwić powstanie nowych technologii kwantowych, np. nowoczesnego systemu GPS.

Zjawisko to może mieć zastosowanie w tworzeniu programowalnych materiałów kwantowych lub procesorów informacji kwantowej – można je wykorzystać do stworzenia solidniejszego sposobu przechowywania informacji kwantowej lub umożliwienia nowych funkcji w materiałach. Ale zanim będziemy mogli to odkryć, pierwszym krokiem jest zrozumienie, jak je kontrolować.

prof. Cheng Chin