Квантові барабани в унісон

Isospektralit t також виявлено у квантовому царстві

Генерація квантових барабанів © Стенфордський університет
читати вголос

Використовуючи крихітні "квантові лунки" молекул оксиду вуглецю, фізики виявили, що в квантових царствах також називається ізоспектральність. Дві фізично різні структури виробляють абсолютно однаковий спектр коливань. Важливо, що цей висновок, опублікований зараз у "Науці", особливо важливий для наноелектричних систем, таких як комп'ютерні схеми.

40 років тому математик Марк Кач поставив теоретичне запитання: «Чи чуєте ви форму барабана?» Барабани різної форми створюють свій особливий звуковий спектр. Отже, навпаки, дослідження цього спектру також зрадило б форму барабана, тому його теорія. Але що робити, якщо були два барабани різної форми, які видавали абсолютно однаковий звук? З таким ізоспектром зворотна фізична структура інструменту вже не працює.

До 1990-х років математикам довелося довести, що два барабани насправді можуть видавати однаковий звук. "Це перетворило нашу ідею про фундаментальні зв'язки між формою та звуком", - пояснює Харі Манохаран, фізик Стенфордського університету. На початкове запитання Кача відповіли би "ні". Але Манохаран та його колеги хотіли це дізнатися ще точніше: чи це "ні" у царині кванту? І чи вплинуло це також на існуючі наноелектричні системи?

Квантові барабани, виготовлені з молекул чадного газу

За допомогою скануючого тунельного мікроскопа та двох приміщень, сповнених технічного обладнання, вони побудували пристрій, який дозволив їм маніпулювати окремими молекулами чадного газу на поверхні міді та збирати їх у крихітні стінки з високою молекулярною вагою. Ці крихітні маленькі стінки сформували їх у дев'ятигранні корпуси, які вібрують, як барабан, завдяки квантовим взаємодіям. Кожен з цих "квантових барабанів" складається з приблизно 390 електронів, оточених приблизно 100 молекулами оксиду вуглецю.

Консонанс також у квантовому царстві

Велике питання було: чи існували дві форми серед цих квантових барабанів, які коливаються абсолютно однаково? І тут відповідь була "так", як показали експерименти з різними типами корпусів. Очевидно, що нанотрубки також демонструють незалежність. дисплей

Практична користь цього висновку очевидна, серед іншого, у побудові надмалих комп'ютерних схем. Тому що розробники тепер знають, що вони можуть виробляти бажані резонансні ефекти двома різними способами. "Зараз наша палітра дизайну вдвічі більша", - каже Манохаран. А також до теорії струн, згідно з якою наш Всесвіт побудований з крихітних вібруючих форм, можуть бути зв’язки. "У топології нашого Всесвіту вбудована і ця химерна спектральна неоднозначність", - каже Манохаран. На його думку, струни - це зрештою лише вищі розмірні аналогії з нанотрубками.

Два барабани розкривають "приховану" інформацію

Але «барабанне дослідження» також має інше значення для квантових досліджень. Бо насправді неможливо безпосередньо визначити, у якій квантовій фазі хвильові функції «барабанних електронів» розташовані у корпусах. Але дослідницька група придумала спосіб отримати саме цю інформацію, побудувавши і вимірявши два барабани ізоспектру, а потім математично поєднавши значення обох. Ця так звана квантова трансплантація надає вам необхідну інформацію.

"Ми виявили, що ця додаткова ступінь свободи в геометрії дає нам можливість перехитрити квантову механіку і звичайно знайти приховану інформацію", - сказав фізик. Тому, крім вже встановленої квантової інтерферометрії, цей метод може розширити можливості квантового дослідження в майбутньому.

(Стенфордський університет, 12.02.2008 - НКО)