استخدم الباحثون في جامعة نانجينغ في الصين شريحة كمية فائقة التوصيل لمحاكاة نظام من الجسيمات ليست فرميونات ولا بوزونات. كجزء من هذه المحاكاة ، قاموا بقياس معلمة تُعرف باسم الموتر الهندسي الكمومي الذي يوفر معلومات محلية حول الخصائص الطوبولوجية للنظام. يمثل هذا العمل المرة الأولى التي يتم فيها قياس هذه الكمية فيما يسمى بالنظام غير أبيليان - وهي نتيجة ستكون مفيدة لدراسة فيزياء الأنظمة المعقدة مثل المواد الطوبولوجية.
وفقًا لميكانيكا الكم ونظرية المجال الكمي ، تنقسم جميع الجسيمات الأولية إلى مجموعتين: الفرميونات أو البوزونات. تلتزم الفرميونات مثل الإلكترونات بمبدأ استبعاد باولي ، مما يعني أنه لا يمكن لأي فرميونات أن تشغل نفس الحالة الكمومية. هذا الميل للهروب من بعضهما البعض هو لب مجموعة واسعة من الظواهر ، بما في ذلك التركيب الإلكتروني للذرات ، واستقرار النجوم النيوترونية ، والفرق بين المعادن (التي توصل التيار الكهربائي) والعوازل (التي لا تفعل ذلك). من ناحية أخرى ، تميل البوزونات ، مثل الفوتونات ، إلى التجمع معًا - وهو أمر يؤدي إلى سلوك السوائل الفائقة والموصلية الفائقة عندما توجد العديد من البوزونات في نفس الحالة الكمومية.
لا شيء ولا ذاك
ومع ذلك ، تحتوي بعض المواد على أنواع أخرى أكثر غرابة من الجسيمات الأولية. هذه الجسيمات غير الأبيلية ليست بوزونات ولا فرميونات. بدلاً من ذلك ، فهي تتكون من جسيمات مركبة مثل الإلكترونات شديدة التفاعل ، مما يؤدي إلى ظهور العديد من الخصائص الفريدة. أحدهما هو الانحطاط ، مما يعني أن الجسيمات غير الأبيلية في حالات كمومية متعددة قد تستقر عند نفس الطاقة. على وجه الخصوص ، يمكن للعديد من الحالات الكمومية أن تحتل أدنى مستوى للطاقة ، وتشكل حالة أرضية متدهورة. هذه الحالات قوية للاضطرابات في بيئتها حيث يتم فصل الحالات الأرضية المتدهورة بفجوة طاقة عن الحالات المثارة ذات الطاقة الأعلى.
خاصية رئيسية أخرى للجسيمات غير أبيليان هي أن تبادل اثنين منهم يغير النظام بين حالات أرضية مختلفة. يوضح يانغ يو ، من قاد الدراسة. كل هذا يجعل مثل هذه الأنظمة مرشحة مثالية لما يسمى بالحسابات الكمومية الطوبولوجية. ومع ذلك ، تكمن المشكلة في أنه من الصعب إدراك وتوصيف نظام غير أبيليان في تجربة واقعية ".
في الأنظمة غير الأبيلية ، يمتلك الموتر الهندسي الكمومي بنية رياضية أكثر تعقيدًا مما هي عليه في أنظمة البوزونات والفرميونات ، ويجسد بالتالي المزيد من الظواهر الفيزيائية. بينما قام الباحثون بقياس الموتر الهندسي الكمي لأنظمة أبيليان (بما في ذلك الدوائر الكمومية فائقة التوصيل ومنصات مركز النيتروجين الشاغرة) في السنوات الأخيرة ، لم يفعلوا ذلك من قبل مع الأنظمة غير الأبيلية.
يتجمع أي شخص معًا في موصل ثنائي الأبعاد
أربعة كيوبتات فائقة التوصيل قابلة للضبط
في العمل الجديد ، درس يو وزملاؤه نظامًا يتكون من أربع بتات كمومية فائقة التوصيل قابلة للضبط (كيوبتات) مجمعة في هيكل حلقي ومقرونة ببعضها البعض. يوضح يو: "من خلال تعديل تردد الكيوبت بسرعة وبشكل دوري ، يمكننا بحرية تصميم حجم ومرحلة قوة الاقتران بين أقرب الجيران كيوبت ، ومن ثم نظام غير أبيليان يمكننا استكشاف خصائصه الهندسية". "ومن خلال تعديل معلماته بشكل صحيح ، يمكننا استخراج الموتر الهندسي الكمي بأكمله من أنماط التذبذب بين الحالات الكمومية للنظام" ، كما يقول عالم الفيزياء.
يقول الباحثون أن العمل الحالي يُظهر أن رقاقة الكم فائقة التوصيل هي منصة ممتازة لمحاكاة الكم. إنهم يأملون الآن في محاكاة أنظمة كمومية أكثر تعقيدًا واستكشاف فيزياء جديدة بمزيد من الكيوبتات.
أبلغوا عن نتائجهم في رسائل الفيزياء الصينية.
