光子と電子の軌道角運動量の実験的合成と研究のための技術が広く研究されているにもかかわらず、中性子を使用するデバイス設計はこれまで証明に成功したことがありません。 中性子には独特の特性があるため、研究者は新しいツールを構築し、中性子を扱うための新しいアプローチを開発する必要がありました。
量子コンピューティング研究所 (IQC) の科学者は、明確に指定された軌道を持つねじれ中性子を生成する装置を開発しました。 角運動量 実験史上初めて。 これまで不可能と考えられていたこの画期的な科学的成果は、科学者が次世代の量子材料の成長を調査するための全く新しい方法を提供し、その用途は次のとおりです。 量子コンピューティング 基礎物理学における新しい問題を発見して解決すること。
IQC の研究員であり、ウォータールー大学の変革的量子技術の技術責任者であるドゥサン・サレナック博士は次のように述べています。 「中性子 は、新興量子材料にはいくつかのユニークな特徴があるため、その特性評価のための強力なプローブとなります。 それらはナノメートルサイズの波長、電気的中性、および比較的大きな質量を持っています。 これらの特徴は、中性子がX線や光が通過できない物質を通過できることを意味します。」
IQC と物理天文学部の教員であるドミトリー・プーシン博士と彼のグループは、研究のためにフォークに似た小さなシリコン格子構造を構築しました。 これらのデバイスは非常に小さいため、わずか 0.5 cm × 0.5 cm の中に 19 万個以上のフォーク転位位相格子が見つかります。 単一の中性子の流れがこの装置を通過すると、個々の中性子はらせん状にねじれ始めます。 特殊な中性子カメラが、中性子が 10 メートル移動した後の写真を記録しました。 研究グループは、すべての中性子が幅 XNUMX cm のドーナツ型の痕跡に成長していることに気づきました。
伝播した中性子のドーナツパターンは、中性子が特殊な螺旋状態に置かれていること、そして同グループの格子装置が量子化された軌道角運動量を持つ中性子ビームを生成したことを示しており、これはこの種の最初の実験成果である。
ドミトリー・プーシン博士、IQC、ウォータールー大学物理天文学部教員、 と, 「中性子は、スピン、経路、エネルギーという簡単にアクセスできる XNUMX つの自由度を使用して、基礎物理学の実験的検証でよく使われてきました。 これらの実験で、私たちのグループは中性子ビームの軌道角運動量の使用を可能にし、追加の量子化自由度を提供しました。 そうすることで、私たちは量子シミュレーターや量子コンピューターなどの次世代の量子デバイスに必要な複雑な材料を特徴づけ、検査するためのツールボックスを開発しています。」
ジャーナルリファレンス：
- ドゥサン・サレナク、メリッサ・ヘナーソン 他中性子ヘリカル波の実験的実現。 科学の進歩。 DOI： 10.1126/sciadv.add2002
