Onderzoekers hebben half-kwantum wervels ontdekt in superfluïd helium. Deze vortex is een topologisch defect, tentoongesteld in supervloeistoffen en supergeleiders, die een vaste hoeveelheid circulatiestroom voert. Oorspronkelijk werd voorspeld dat deze objecten in 1976 in supervloeibaar helium zouden bestaan. De ontdekking zal toegang verschaffen tot de kernen van half-kwantumwervels, het hosten van geïsoleerde Majorana-modi, exotische solitaire deeltjes. Het begrijpen van deze modi is essentieel voor de voortgang van de verwerking van kwantuminformatie, het bouwen van een kwantumcomputer.

Onderzoekers van de universiteit van Aalto, Finland, en PL Kapitza Institute in Moskou heeft half-kwantum wervels ontdekt in supervloeibaar helium. Deze vortex is een topologisch defect, tentoongesteld in supervloeistoffen en supergeleiders, die een vaste hoeveelheid circulatiestroom voert.

"Deze ontdekking van half-kwantumwervels culmineert in een lange zoektocht naar deze objecten waarvan oorspronkelijk werd voorspeld dat ze in 1976 in superfluïd helium bestonden, " zegt Samuli Autti, Promovendus aan de Aalto Universiteit in Finland.

"In de toekomst, onze ontdekking zal toegang verschaffen tot de kernen van half-kwantum wervels, het hosten van geïsoleerde Majorana-modi, exotische solitaire deeltjes. Het begrijpen van deze modi is essentieel voor de voortgang van de verwerking van kwantuminformatie, een kwantumcomputer bouwen, "Autti gaat verder.

Macroscopische samenhang in kwantumsystemen zoals superfluïden en supergeleiders biedt veel mogelijkheden, en enkele centrale beperkingen. Bijvoorbeeld, de sterkte van circulatiestromen in deze systemen is beperkt tot bepaalde discrete waarden door de wetten van de kwantummechanica. Een half-kwantum vortex overwint die beperking met behulp van de niet-triviale topologie van het onderliggende materiaal, een onderwerp dat direct verband houdt met de Nobelprijs voor de natuurkunde van 2016.

Een van de opkomende eigenschappen is er een die analoog is aan de zogenaamde Alice-snaar in de hoge-energiefysica, waarbij een deeltje op een route rond de snaar het teken van zijn lading omdraait. Over het algemeen wordt het kwantumkarakter van deze systemen al gebruikt in ultragevoelige SQUID-versterkers en andere belangrijke kwantumapparaten.

Het artikel Observation of Half-Quantum Vortices in Topological Superfluid 3He is vandaag gepubliceerd in de online versie van Fysieke beoordelingsbrieven . Experimenten werden gedaan in het Lage Temperatuur Laboratorium aan de Universiteit van Aalto.