Nieuwe ontdekking: 2D-fase van materie met Bose-glaseigenschappen tart klassieke statistische mechanica

AmsterdamFysici van het Cavendish Laboratory in Cambridge hebben een doorbraak bereikt door een tweedimensionaal Bose-glas te creëren, een unieke materiefase die de regels van de statistische mechanica uitdaagt. Deze belangrijke ontdekking, gepubliceerd in Nature, kan leiden tot vooruitgangen in quantumcomputing omdat de deeltjes in deze toestand op hun plaats blijven.

Belangrijke punten over het Bose-glas:

1. Het Bose-glas is een uniek kwantumtoestand van materie.
2. Het ontstaat in systemen met sterke wanorde en interacties.
3. Deze toestand weerstaat superfluïditeit, zelfs bij absolute nulpuntstemperaturen.
4. Het wordt gekarakteriseerd door niet-lineaire excitatie en lokale bevriezing van deeltjes.
5. Bose-glazen spelen een cruciale rol in de studie van kwantumfase-overgangen.

• Het vertoont glasachtige eigenschappen waarbij deeltjes gelokaliseerd zijn.
• Gemaakt met overlappende laserstralen die een quasiperiodiek patroon vormen.
• Maakt gebruik van ultrakoude atomen die tot nanokelvin temperaturen worden afgekoeld.
• Niet-ergodisch, wat betekent dat het gedetailleerde informatie over de begincondities behoudt.
• Mogelijke toepassingen in quantum computing vanwege verminderde decoherentie.

Ultrakoude atomen, bijna op het absolute nulpunt, werden gevangen in een structuur gevormd door de kruising van meerdere laserstralen. Deze structuur had een uniek patroon dat niet herhaald werd, maar wel een langeafstandsorde vertoonde. Het resultaat was een systeem waarin de deeltjes op vaste posities bleven.

Bij een Bose-glas blijven de begintoestanden behouden, in tegenstelling tot normale statistische mechanicysystemen waarbij deze na verloop van tijd vervagen. Dit heeft belangrijke implicaties voor kwantumcomputers. In zulke gelokaliseerde systemen kan kwantuminformatie veel langer bewaard blijven omdat de kwantumtoestanden geïsoleerd blijven en niet samensmelten met hun omgeving, waardoor de kans op decoherentie vermindert.

Lees ook:

Vandaag · 02:19

Fruitdieet verbetert virale afweer bij vleermuizen

Professor Ulrich Schneider, die het onderzoek leidde, benadrukt dat het rechtstreeks kunnen bestuderen van dit systeem een grote vooruitgang is. Normaal gesproken is het lastig om grote quantumsystemen te modelleren vanwege hun complexiteit. Maar het echte voorbeeld van het Bose-glass in 2D stelt wetenschappers in staat om zijn gedrag en dynamiek direct te observeren.

Het Bose-glas verandert op opvallende wijze in een supervloeistof, wat zeer fascinerend is. Superfluiditeit zorgt ervoor dat deeltjes zonder wrijving kunnen bewegen. Deze overgang benadrukt het complexe fase-diagram dat onderzoekers kunnen bestuderen en gebruiken voor de ontwikkeling van nieuwe kwantummaterialen en -apparaten.

De ontdekking is fascinerend, maar er blijft veel onbekend. De thermodynamica en beweging van het Bose-glass vergen aanvullend onderzoek. Wetenschappers zien potentie in deze nieuwe fase, maar meerdere vragen moeten beantwoord worden voordat deze praktisch inzetbaar is.

Deze ontdekking vormt een belangrijke mijlpaal in de gecondenseerde materie fysica en opent nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van niet-ergodische systemen en het verbeteren van quantumtechnologie.