キャヴェンディッシュ研究所で2次元ボースガラスを発見、統計力学への新たな挑戦

Tokyoケンブリッジのキャベンディッシュ研究所の物理学者たちは、2次元Boseガラスという特別な状態を作り出すことに成功し、統計力学の法則に新たな視点をもたらしました。この重要な発見は『ネイチャー』に発表されており、この状態にある粒子が一箇所に留まる特性から、量子コンピューティングの進展につながる可能性があります。

ボース・ガラスについての重要なポイントは以下の通りです。

• 粒子が局在化しているガラスのような特性を持っています。
• 重ねられたレーザー光線を用いて準周期的なパターンを形成して作られました。
• ナノケルビンの温度まで冷却された超冷却原子を使用します。
• 非エルゴード系であり、初期状態についての詳細な情報を保持します。
• デコヒーレンスが抑えられるため、量子コンピュータへの応用の可能性があります。

絶対零度に近い超低温原子が、複数のレーザー光線を重ね合わせて作られた構造に捕捉されました。この構造は繰り返しのないを持ちながらも長距離秩序を保ち、粒子が固定された位置に留まるシステムになっています。

ボース・グラスは、通常の統計力学のシステムのように、時間が経つにつれて初期条件が忘れ去られることがありません。この特徴は量子コンピューティングにおいて重要です。ボース・グラスのような局在化されたシステムでは、量子状態が孤立し周囲と混ざらないため、量子情報が通常より長く維持され、デコヒーレンスのリスクが低減することがあります。

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この研究を主導したウルリッヒ・シュナイダー教授は、このシステムを直接研究できることが大きな進歩であると強調しています。通常、大規模な量子システムのモデリングは非常に複雑で困難です。しかし、2 次元のボースグラスの実例によって、科学者たちはその振る舞いや動態を直接観察することが可能になります。

ボーズガラスは明確に超流動状態に変化し、とても興味深い現象です。超流動性により、粒子は摩擦なしに容易に動くことができます。この変化は、研究者が新しい量子材料やデバイスを開発するために研究し利用できる複雑な相図を浮き彫りにします。

この発見は興味深いものですが、まだ多くの未知の点が残されています。ボースグラスの熱力学とその挙動はさらなる研究が必要です。研究者たちはこの新しい相に可能性を見出していますが、実際に利用するためには多くの疑問を解決する必要があります。

この発見は、凝縮系物理学における重要な進展であり、非エルゴード系の研究や量子技術の向上に新たな可能性を開くものです。