Laitesuunnittelua, jossa käytetään neutroneja, ei ole koskaan aikaisemmin todistettu menestyksekkäästi, vaikka fotonien ja elektronien kiertoradan kulmamomenttien kokeellisen synteesin ja tutkimuksen tekniikoita on tutkittu laajasti. Neutroneilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, joten tutkijoiden piti rakentaa uusia työkaluja ja kehittää uusia lähestymistapoja niiden kanssa työskentelemiseen.
Institute for Quantum Computingin (IQC) tutkijat ovat kehittäneet laitteen, joka tuottaa kierrettyjä neutroneja, joilla on selkeästi määritelty kiertorata. kulmainen vauhti ensimmäistä kertaa kokeellisen historian aikana. Tämä uraauurtava tieteellinen saavutus, jota aiemmin pidettiin mahdottomaksi, tarjoaa tutkijoille aivan uuden tavan tutkia seuraavan sukupolven kvanttimateriaalien kasvua sovelluksilla kvanttilaskenta fysiikan uusien ongelmien löytämiseen ja ratkaisemiseen.
Tri Dusan Sarenac, IQC:n tutkija ja tekninen johtaja Transformative Quantum Technologies Waterloon yliopistosta, sanoi: "Neutronit ovat tehokas koetin nousevien kvanttimateriaalien karakterisointiin, koska niillä on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia. Niillä on nanometrin kokoiset aallonpituudet, sähköneutraalius ja suhteellisen suuri massa. Nämä ominaisuudet tarkoittavat, että neutronit voivat kulkea materiaalien läpi, joita röntgensäteet ja valo eivät pysty."
IQC ja fysiikan ja tähtitieteen laitoksen tiedekunnan jäsen tohtori Dmitry Pushin ja hänen ryhmänsä rakensivat haarukoita muistuttavia pieniä piiritilärakenteita opintoihinsa. Nämä laitteet ovat niin pieniä, että yli kuusi miljoonaa haarukan dislokaatiovaiheen ritilää löytyy vain 0.5 cm x 0.5 cm. Yksittäiset neutronit alkavat kiertyä korkkiruuvikuviolla, kun yksittäisten neutronien virta kulkee tämän laitteen läpi. Erikoistunut neutronikamera tallensi neutronien kuvat, kun ne olivat kulkeneet 19 metriä. Ryhmä havaitsi, että jokainen neutroni oli kasvanut 10 cm leveäksi donitsin muotoiseksi jäljeksi.
Etenevien neutronien donitsikuvio osoittaa, että ne on asetettu erityiseen kierteiseen tilaan ja että ryhmän hilalaitteet ovat synnyttäneet neutronisäteitä kvantisoidulla kiertoradalla, mikä on ensimmäinen kokeellinen saavutus laatuaan.
Dr. Dmitry Pushin, IQC ja fysiikan ja tähtitieteen laitoksen tiedekunnan jäsen Waterloosta, sanoi, "Neutronit ovat olleet suosittuja perusfysiikan kokeellisessa verifioinnissa käyttämällä kolmea helposti saatavilla olevaa vapausastetta: spin, polku ja energia. Näissä kokeissa ryhmämme on mahdollistanut kiertoradan kulmamomentin käytön neutronisäteissä, mikä tarjoaa ylimääräisen kvantisoidun vapausasteen. Samalla kehitämme työkalupakkia, jolla karakterisoidaan ja tutkitaan monimutkaisia materiaaleja, joita tarvitaan seuraavan sukupolven kvanttilaitteissa, kuten kvanttisimulaattoreissa ja kvanttitietokoneissa.
Lehden viite:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson, et ai. Neutronikierteisten aaltojen kokeellinen toteutus. Tiede ennakot. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
