En halvkvantvirvel kombinerar cirkulärt centrifugeringsflöde och cirkulärt massflöde, vilket leder till bildandet av virvelpar som kan observeras experimentellt. Kredit:Kredit:Ella Maru Studio
Forskare har upptäckt halvkvantvirvlar i överflödigt helium. Denna virvel är en topologisk defekt, visas i supervätskor och supraledare, som bär en fast mängd cirkulationsström. Dessa objekt förutspåddes ursprungligen existera i överflödigt helium 1976. Upptäckten kommer att ge tillgång till kärnorna i halvkvantvirvlar, värd isolerade Majorana -lägen, exotiska ensamma partiklar. Att förstå dessa sätt är avgörande för framsteg i kvantinformationsbehandling, bygga en kvantdator.
Forskare vid Aalto University, Finland, och P.L. Kapitza Institute i Moskva har upptäckt halvkvantvirvlar i överflödigt helium. Denna virvel är en topologisk defekt, visas i supervätskor och supraledare, som bär en fast mängd cirkulationsström.
"Denna upptäckt av halvkvantvirvlar kulminerar en lång sökning efter dessa föremål som ursprungligen förutspåddes existera i överflödigt helium 1976, "säger Samuli Autti, Doktorand vid Aalto -universitetet i Finland.
"I framtiden, vår upptäckt kommer att ge tillgång till kärnorna i halvkvantvirvlar, värd isolerade Majorana -lägen, exotiska ensamma partiklar. Att förstå dessa sätt är avgörande för framsteg i kvantinformationsbehandling, bygga en kvantdator, "Fortsätter Autti.
Makroskopisk koherens i kvantsystem som superfluider och superledare ger många möjligheter, och några centrala begränsningar. Till exempel, styrkan hos cirkulerande strömmar i dessa system är begränsad till vissa diskreta värden enligt kvantmekanikens lagar. En halvkvantvirvel övervinner denna begränsning med hjälp av den underliggande materialets icke-triviala topologi, ett ämne som är direkt relaterat till Nobelpriset i fysik 2016.
Experimenten utfördes med användning av den roterande kryostaten i lågtemperaturlaboratoriet vid Aalto University, Finland. Kredit:Mikko Raskinen/Aalto University
Bland de framväxande egenskaperna finns en analog till den så kallade Alice-strängen i högenergifysik, där en partikel på en rutt runt strängen vänder tecknet på dess laddning. I allmänhet används kvantkaraktären hos dessa system redan i ultrakänsliga SQUID-förstärkare och andra viktiga kvantanordningar.
Artikeln Observation of Half-Quantum Vortices in Topological Superfluid 3He har publicerats idag i onlineversionen av Fysiska granskningsbrev . Experiment gjordes i laboratoriet för låg temperatur vid Aalto University.
Samuli Autti med den roterande kryostaten i lågtemperaturlaboratoriet vid Aalto University, Finland. Upphovsman:Alexander Savin/Aalto University
