In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Natuur , natuurkundigen melden de allereerste waarneming van warmtegeleiding in een materiaal dat anyons bevat, kwantum quasideeltjes die bestaan ​​in tweedimensionale systemen.

Het werk bevestigt theoretische voorspellingen over hoe iemand zich gedraagt. Die bevestiging is belangrijk omdat wetenschappers hopen ooit het gedrag van iedereen te kunnen gebruiken om zelfcorrigerende kwantumcomputers te maken. die berekeningen kunnen uitvoeren die veel complexer zijn dan digitale computers.

Dima Veldman, universitair hoofddocent natuurkunde bij Brown, is co-auteur van het onderzoek met onderzoekers van het Weizmann Institute of Science in Israël. In een interview vertelde hij over het onderzoek.

Kunt u samenvatten wat u en uw collega's hebben ontdekt?

In technische taal, we hebben de kwantisatie van warmtegeleiding waargenomen in een sterk interactief systeem. Dus wat betekent dat? Iedereen kent geleiding. Het is gewoon de overdracht van warmte van een heet object naar een koud object. In de wetenschap, je kunt veel leren over de aard van een materiaal door te begrijpen hoe snel het warmte geleidt. Dus hier, we hebben waargenomen hoe dit werkt op een kwantumniveau onder iedereen, die in wezen fractionele toestanden van elektronen zijn in tweedimensionale topologische materialen. Kwantificering van warmtegeleiding was eerder waargenomen in systemen waar deeltjesinteractie onbelangrijk is, maar dit is de eerste keer dat het is waargenomen in een systeem dat wordt gedomineerd door elektrische interactie.

Waarom is de vondst belangrijk?

Het is om twee redenen belangrijk. De eerste is meer filosofisch. We zijn aangekomen bij een universeel getal voor de kwantisering van een willekeurige warmtestroom, en natuurkundigen houden van universele getallen. Als je bij een universeel nummer komt, je hebt orde en harmonie gevonden in de natuur. Dat is echt waar natuurkunde over gaat.

Meer concreet, we hebben ons experiment uitgevoerd in een topologisch materiaal, en er is een idee om topologische materialen te gebruiken in kwantumcomputers. Kwantumtoestanden worden gemakkelijk verstoord, wat in een kwantumcomputer betekent dat hij veel fouten maakt. Het corrigeren van die fouten is een grote uitdaging. Maar er is een idee om topologische materialen te gebruiken om kwantumtoestanden van anyons te benutten, waarvan we denken dat die veel minder kwetsbaar zal zijn en dus foutloze berekeningen kan maken.

Als we begrijpen hoe warmte stroomt, krijgen we nieuwe informatie over iedereen. Er waren theoretische voorspellingen over warmtetransport, en we konden ze experimenteel demonstreren. Dit is dus een grote stap om te begrijpen hoe iemand werkt.

Wat was uw rol in het werk?

Ik was een theoreticus van het project, en theoretici hebben verschillende rollen in zoiets als dit. Ik heb de groep geholpen te begrijpen wat we willen meten, en ik heb meegewerkt aan het opzetten van het experiment. Maar ik denk dat ik vooral heb geholpen met het begrijpen van de gegevens die we uit het experiment hebben gekregen. Sommige van onze resultaten waren verrassend, dus het was mijn taak om dat te helpen begrijpen.

Wat volgt er voor deze onderzoekslijn?

De volgende stap zou zijn om dit naar het tweede Landau-niveau te brengen, wat een hogere energie-elektronentoestand betekent. Iedereen is interessant op het eerste Landau-niveau waar ons werk is gedaan, maar op het tweede niveau worden ze nog interessanter. Dus wat mensen willen begrijpen is wat iedereen is, want dat zijn de potentiële sleutels tot een zelfcorrigerende kwantumcomputer. Maar ons onderzoek was een cruciale stap in het proces.