Nieskończony, kwantowy węzeł
Grupie fińskich fizyków z Uniwersytetu Aalto razem z kolegami z amerykańskiego Amherst College udało się ostatnio stworzyć z kondensatu Bosego-Einsteina kwantowy węzeł Hopfa. Nie był to jednak wyłącznie pokaz możliwości technicznych, lecz odkrycie, które może okazać się bardzo przydatne w stworzeniu kwantowych komputerów.
Grupie fińskich fizyków z Uniwersytetu Aalto razem z kolegami z amerykańskiego Amherst College udało się ostatnio stworzyć z kondensatu Bosego-Einsteina kwantowy węzeł Hopfa. Nie był to jednak wyłącznie pokaz możliwości technicznych, lecz odkrycie, które może okazać się bardzo przydatne w stworzeniu kwantowych komputerów.
Kondensat Bosego-Einsteina jest efektem kwantowym określanym mianem piątego stanu skupienia materii. W 1995 roku udało się go uzyskać dwóm niezależnie pracującym zespołom fizyków, za co ich członkowie otrzymali w 2001 roku nagrodę Nobla. Teraz udało się uzyskać ten stan w temperaturze pokojowej.
Bozony - cząstki posiadające spin całkowity - zgodnie z regułą Pauliego mogą znajdować się w jednakowym stanie kwantowym (fermiony - czyli cząstki o połówkowym spinie - nie mogą) - a w ekstremalnie niskich temperaturach mogą one stworzyć układ kwantowy, w którym wszystkie cząstki zachowują się tak jakby były jedną cząstką - mają one identyczny pęd (w tym stanie zachodzi też zjawisko nadciekłości - całkowicie zanika lepkość), a stan ten nazywa się kondensatem Bosego-Einsteina od nazwisk indyjskiego fizyka Satyendry Natha Bosego oraz dobrze nam znanego Alberta Einsteina, którzy przewidzieli jego istnienie już w 1924 roku.
W 1995 roku udało się stan ten zaobserwować niezależnie dwóm zespołom fizyków: z Joint Institute for Laboratory Astrophysics w Boulder, w stanie Kolorado - w rubidzie; oraz z MIT - w sodzie. Eric Cornell, Carl Wieman oraz Wolfgang Ketterle otrzymali za te badania nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, a od tego czasu udało się innym badaczom otrzymać kondensat Bosego-Einsteina pierwiastków takich jak lit, potas, cez, chrom, stront i iterb..
Sami więc widzicie, że stworzenie węzła z takiego materiału nie mogło należeć do najłatwiejszych - konieczne było to do tego stworzenie z pomocą pola magnetycznego pola kwantowego zwróconego w jednym kierunku. Następnie zmieniono zwrot pola magnetycznego tak aby to skierowane było w jeden punkt w przeciwnym kierunku - w ten sposób w ułamku sekundy BEC utworzył węzeł Hopfa - bardzo stabilną strukturę składającą się z nieskończonej ilości pierścieni.
A dzięki tej właśnie stabilności węzły te mogą przydać się w tworzeniu kwantowych komputerów, które mają być kolejnym wielkim przełomem na jaki wszyscy czekamy.
Źródło:
