Экзотические физические явления, с участием оптических волн, синтетические магнитные поля, и время вспять, непосредственно наблюдались впервые, после десятилетий попыток. Новая находка может привести к реализации так называемых топологических фазах, и в конечном итоге для достижения отказоустойчивых квантовых компьютеров, исследователи говорят.
Новая находка включает в неабелевой эффект Ааронова-Бома и сообщается сегодня в журнале Science в MIT аспирант Йи Янг, МИТ приглашенный ученый Чао Пэн (профессор Пекинского университета), аспирант Массачусетского технологического института Чжу Ди, профессор Хрвое Булян в Загребский университет в Хорватии, Фрэнсис Райт Дэвис, профессор физики Джон Joannopoulos в Массачусетском технологическом институте, профессор Бо Жень Пенсильванского университета и Массачусетского технологического института профессор физики Марин Soljačić.
Находка относится к калибровочных полей, которые описывают преобразования, которые частицы проходят. Калибровочных полей попадают в два класса, известный как Абелевы и неабелевы. Ааронова-Бома эффект, названный в честь теоретиков, которые предсказывали это в 1959 году, подтвердил, что калибровочные поля — помимо чисто математических помощи имеют физические последствия.
Но наблюдения работали только в Абелевых системах, или те, в которых калибровочные поля являются коммутативными, то есть они происходят одинаково как вперед, так и назад во времени. В 1975 году, Тай-Цун У и Чэнь Нин Ян обобщенный эффект в неабелевой режима в качестве мысленного эксперимента. Тем не менее, остается неясным, будет ли это возможно когда-нибудь наблюдать эффект в неабелевой системы. Физики не хватало способов создания эффекта в лаборатории, а также не имеют средств обнаружения эффекта, даже если оно может быть произведено. Теперь, обе эти загадки были решены, и замечания, проведена успешно.
Эффект имеет дело с одним из странных и нелогичных аспектов современной физики, то, что практически все фундаментальные физические явления времени-инвариант. Это значит, что детали пути частиц и сил взаимодействия может работать как вперед, так и назад во времени, и кино о том, как развернутся события могут быть запущены в любом направлении, так что нет никакого способа, чтобы сказать, что есть реальная версия. Но несколько экзотических явлений нарушать этот момент симметрии.
Создание Абелевых версия Ааронова-Бома эффект требует разделения времени-поворот симметрия, сложные задачи в себя Soljačić говорит. Но для достижения неабелевой версия эффекта требуется ломать этот раз-разворот несколько раз, и разными способами, что делает его еще более сложной задачей.
Для того чтобы произвести эффект, исследователи используют поляризацию фотонов. Затем, они производят два разных вида время вспять ломая. Они использовали оптоволокно производят два типа калибровочных полей, которые влияют на геометрические фазы оптической волны, сначала отправив их через кристалл влиянием мощного магнитного поля, и вторым путем модуляции их изменяющиеся во времени электрические сигналы, которые разбивают время вспять симметрии. Они тогда были в состоянии произвести интерференционные картины, которые выявили различия в том, как свет влияет при отправке через волоконно-оптической системы в противоположном направлении, по часовой стрелке или против часовой стрелки. Без разбиения по времени разворота инвариантности, лучи должны были быть одинаковыми, но их интерференции позволили выявить специфические наборы различий как и предсказывалось, демонстрируя детали неуловимый эффект.
Оригинал, Абелевы версия Ааронова-Бома эффект “наблюдается ряд экспериментальных работ, но некоммутативные эффекта не наблюдалось до сих пор”, — говорит Ян. Поиском “позволяет нам делать многие вещи”, — говорит он, открывая двери для широкого круга потенциальных экспериментов, в том числе классических и квантовых физических режимов, для изучения вариаций эффекта.
Экспериментальный подход, разработанный этой командой“, возможно, вдохновят на реализацию экзотических топологические фазы в квантовой симуляции, используя фотоны, поляритонов, квантовых газов, и сверхпроводящих кубитов,” Soljačić говорит. Для себя фотоники, это может быть полезно в различных оптоэлектронных применений, — говорит он. Кроме того, неабелевы калибровочные поля, что группа смогла синтезировать произвел неабелевой ягода фазу, и “в сочетании с взаимодействия, он может однажды служить в качестве платформы для отказоустойчивых топологические квантовые вычисления”, — говорит он.
На этом этапе эксперимента в первую очередь представляет интерес для фундаментальных исследований по физике, с целью обретения лучшего понимания некоторых базовых основ современной физической теории. Многих возможных практических применений “потребует дополнительных прорывов в будущем”, — говорит Soljačić.
Для одной вещи, для квантовых вычислений, эксперимента должны быть расширены от одного устройства, скорее всего решетки из них. И вместо Пучков лазерного света, используемых в эксперименте, это потребует работы с источником одиночных отдельных фотонов. Но даже в своем нынешнем виде система может быть использована для изучения вопросов в топологической физики, которая является очень активной областью современных исследований, Soljačić говорит.
“Некоммутативные фазы Берри теоретический перл, что это ключ к пониманию многих интригующих идей в современной физике”, — говорит Ashvin Вишванатх, профессор физики Гарвардского университета, который не был бы связан с этой работой. “Я рад видеть, что это становится экспериментальной внимания в текущей работе, какие отчеты хорошо контролируемых и характеризуются реализации. Я ожидаю, что эта работа стимулирует прогресс как непосредственно в качестве строительных блоков для более сложных архитектур, а также косвенно, вдохновляя других реализаций”.
