Ny studie: upptäckt av tvådimensionell Bose-glass som utmanar vanlig statistisk mekanik

StockholmFysiker vid Cavendish Laboratory i Cambridge har nått en framgångsrik genombrott genom att skapa ett tvådimensionellt Bose-glas, en unik fas av materia som utmanar reglerna inom statistisk mekanik. Denna betydande upptäckt, som publicerats i Nature, kan leda till framsteg inom kvantdatorer eftersom partiklarna i detta tillstånd stannar på samma plats.

Viktiga egenskaper hos Bose-glas:

• Det har glasliknande egenskaper där partiklar är lokaliserade.
• Skapat med överlappande laserstrålar för att bilda ett quasiperiodiskt mönster.
• Använder ultrakalla atomer som kyls ner till nanokelvin-temperaturer.
• Är icke-ergodiskt, vilket innebär att det behåller detaljerad information om de ursprungliga förhållandena.
• Har potential för tillämpningar inom kvantdatorer tack vare minskad dekoherens.

Ultrakalla atomer, nära den absoluta nollpunkten, fångades i en struktur skapad genom att överlappa flera laserstrålar. Denna struktur hade ett unikt mönster som inte upprepade sig men hade långväga ordning. Resultatet blev ett system där partiklarna förblev i fasta positioner.

Bose-glass beter sig inte som vanliga system i statistisk mekanik, där begynnelsevillkor vanligtvis glöms bort med tiden. Denna egenskap är viktig för kvantdatorer. I lokaliserade system som Bose-glass kan kvantinformation bestå mycket längre eftersom kvanttillstånden förblir isolerade och inte blandas med omgivningen, vilket minskar risken för dekoherens.

Läs också:

Idag · 17:42

Ny forskning: Mammans språk påverkar spädbarns oxytocin och främjar sociala band och utveckling

Professor Ulrich Schneider, som ledde studien, betonar att möjligheten att studera detta system direkt är ett stort framsteg. Vanligtvis är det svårt att modellera stora kvantsystem eftersom de är mycket komplexa. Men exemplet med Bose-glas i 2D i verkligheten låter forskare direkt observera dess beteende och dynamik.

Boseglaset genomgår en tydlig övergång till ett superfluidt tillstånd, vilket är mycket fascinerande. Superfluiditet gör det möjligt för partiklar att röra sig lätt utan friktion. Denna förändring understryker det komplexa fasdiagrammet som forskare kan studera och använda för att utveckla nya kvantmaterial och enheter.

Upptäckten är spännande, men det finns fortfarande mycket vi inte vet. Termodynamiken och rörelsen hos Bose-glaset behöver studeras ytterligare. Forskare tror att denna nya fas har potential, men många frågor måste besvaras innan den kan användas praktiskt.

Denna upptäckt är ett betydelsefullt framsteg inom kondenserade materiens fysik. Den öppnar nya möjligheter för att studera icke-ergodiska system och förbättra kvantteknologi.