Тяжёлые фермионы в запутанном состоянии
Объединённая исследовательская группа из Японии наблюдала «тяжёлые фермионы» — электроны с резко увеличенной массой, демонстрирующие квантовую запутанность, управляемую планковским временем — фундаментальной единицей времени в квантовой механике. Это открытие открывает захватывающие возможности для использования этого явления в твёрдых материалах для разработки нового типа квантового компьютера. Результаты опубликованы в журнале npj Quantum Materials.
Что такое тяжёлые фермионы?
Тяжёлые фермионы возникают, когда проводимые электроны в твёрдом теле сильно взаимодействуют с локализованными магнитными электронами, что эффективно увеличивает их массу. Это явление приводит к необычным свойствам, таким как нетрадиционная сверхпроводимость, и является центральной темой в физике конденсированных сред.
Материал церий-родий-олово (CeRhSn), изученный в этом исследовании, принадлежит к классу систем с тяжёлыми фермионами и квази-кагоме решётчатой структурой, известной своими эффектами геометрической фрустрации.
Исследование
Исследователи изучили электронное состояние CeRhSn, известного проявлением поведения, не соответствующего модели Ферми, при относительно высоких температурах. Точные измерения спектров отражения CeRhSn показали, что поведение, не соответствующее модели Ферми, сохраняется вплоть до температур, близких к комнатной, а время жизни тяжёлых электронов приближается к планковскому пределу.
Наблюдаемое спектральное поведение, описываемое одной функцией, убедительно указывает на то, что тяжёлые электроны в CeRhSn действительно запутаны.
Доктор Син-ити Кимура из Университета Осаки, возглавлявший исследование, объясняет: «Наши результаты демонстрируют, что тяжёлые фермионы в этом квантовом критическом состоянии действительно запутаны, и эта запутанность контролируется планковским временем. Это прямое наблюдение является значительным шагом на пути к пониманию сложного взаимодействия между квантовой запутанностью и поведением тяжёлых фермионов».
Квантовая запутанность и квантовые вычисления
Квантовая запутанность является ключевым ресурсом для квантовых вычислений, а возможность контролировать её и управлять ею в твёрдых материалах, таких как CeRhSn, открывает потенциальный путь к созданию новых архитектур квантовых вычислений.
Дальнейшие исследования этих запутанных состояний могут революционизировать обработку квантовой информации и открыть новые возможности в квантовых технологиях. Это открытие не только продвигает наше понимание сильно коррелированных электронных систем, но и прокладывает путь для потенциальных приложений в квантовых технологиях следующего поколения.
Предоставлено:
[Университет Осаки](https://www.osaka-u.ac.jp/en)