Một thiết kế thiết bị sử dụng neutron chưa từng được chứng minh thành công trước đây, mặc dù các kỹ thuật tổng hợp thử nghiệm và nghiên cứu động lượng góc quỹ đạo trong photon và electron đang được nghiên cứu rộng rãi. Nơtron có những tính chất độc đáo, do đó, các nhà nghiên cứu phải xây dựng các công cụ mới và phát triển các phương pháp mới để làm việc với chúng.
Các nhà khoa học tại Viện Điện toán lượng tử (IQC) đã phát triển một thiết bị tạo ra neutron xoắn với quỹ đạo xác định rõ ràng. động lượng góc lần đầu tiên trong lịch sử thực nghiệm. Thành tựu khoa học đột phá này, điều trước đây được cho là không thể, mang đến một cách hoàn toàn mới cho các nhà khoa học để điều tra sự phát triển của vật liệu lượng tử thế hệ tiếp theo, với các ứng dụng từ Tính toán lượng tử để khám phá và giải quyết các vấn đề mới trong vật lý cơ bản.
Tiến sĩ Dusan Sarenac, cộng tác viên nghiên cứu của IQC và là trưởng nhóm kỹ thuật của Công nghệ lượng tử biến đổi tại Đại học Waterloo, cho biết: "Nơtron là một thăm dò mạnh mẽ để mô tả đặc tính của các vật liệu lượng tử mới nổi vì chúng có một số tính năng độc đáo. Chúng có bước sóng cỡ nanomet, trung hòa về điện và có khối lượng tương đối lớn. Những đặc điểm này có nghĩa là neutron có thể xuyên qua các vật liệu mà tia X và ánh sáng không thể xuyên qua được.”
IQC và giảng viên Khoa Vật lý và Thiên văn học, Tiến sĩ Dmitry Pushin và nhóm của ông đã xây dựng các cấu trúc cách tử silicon nhỏ giống như những cái nĩa cho nghiên cứu của họ. Các thiết bị này cực nhỏ đến mức có thể tìm thấy hơn sáu triệu cách tử lệch pha ngã ba chỉ trong 0.5 cm x 0.5 cm. Các neutron riêng lẻ bắt đầu xoắn theo hình xoắn ốc khi một luồng neutron đơn lẻ đi qua thiết bị này. Một camera neutron chuyên dụng đã ghi lại hình ảnh của neutron sau khi chúng di chuyển được 19 mét. Nhóm nhận thấy rằng mỗi neutron đã phát triển thành một vệt hình bánh rán rộng 10 cm.
Hình dạng vành khuyên của các neutron lan truyền cho thấy rằng chúng đã được đặt trong một trạng thái xoắn ốc đặc biệt và các thiết bị cách tử của nhóm đã tạo ra các chùm neutron với xung lượng góc quỹ đạo được lượng tử hóa, thành tựu thực nghiệm đầu tiên thuộc loại này.
Tiến sĩ Dmitry Pushin, IQC và giảng viên Khoa Vật lý và Thiên văn học tại Waterloo, nói, “Nơtron đã trở nên phổ biến trong việc xác minh bằng thực nghiệm vật lý cơ bản, sử dụng ba bậc tự do dễ tiếp cận: spin, quỹ đạo và năng lượng. Trong các thí nghiệm này, nhóm của chúng tôi đã kích hoạt việc sử dụng động lượng góc quỹ đạo trong các chùm neutron, cung cấp thêm một mức độ tự do lượng tử hóa. Khi làm như vậy, chúng tôi đang phát triển một hộp công cụ để mô tả và kiểm tra các vật liệu phức tạp cần thiết cho thế hệ thiết bị lượng tử tiếp theo như mô phỏng lượng tử và máy tính lượng tử.”
Tạp chí tham khảo:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson, et al. Thực nghiệm hiện thực sóng xoắn nơtron. Những tiến bộ khoa học. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
