Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης χρησιμοποίησε έναν υβριδικό κβαντικό υπολογιστή παγιδευμένων ιόντων για να αποδείξει το φαινόμενο Aharonov-Bohm στο πλαίσιο μιας θεωρίας βαθμίδας πλέγματος Z₂.
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Physics, ξεπερνά τους περιορισμούς των προηγούμενων μονοδιάστατων προσομοιώσεων, αξιοποιώντας τις ηλεκτρονικές καταστάσεις των ιόντων ως πεδία βαθμίδας και τις δονήσεις τους ως πεδία ύλης.
Ο διπλός ρόλος των ιόντων και η κατασκευή κλειστού βρόχου
Στην κβαντική προσομοίωση, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν δύο παγιδευμένα ιόντα στροντίου για να δημιουργήσουν έναν οιονεί δισδιάστατο βρόχο. Οι ενεργειακές στάθμες των ιόντων λειτούργησαν ως qubits για την κωδικοποίηση των συνδέσμων του πεδίου βαθμίδας, ενώ οι ταλαντώσεις τους λειτούργησαν ως θέσεις ύλης όπου τα φωνόνια αντιπροσωπεύουν σωματίδια. Μέσω της εμπλοκής των qubits, η ομάδα κατάφερε να αποθηκεύσει μαγνητική ροή μέσα στον βρόχο και να παρατηρήσει πώς αυτή επηρεάζει την κίνηση των σωματιδίων ύλης.
Η παρατήρηση της παρεμβολής και η καταστολή σήραγγας
Όταν η ροή μηδενίστηκε, τα σωματίδια κινούνταν ελεύθερα και με διπλάσια ταχύτητα μέσω των δύο διαδρομών του βρόχου. Αντίθετα, όταν εισήχθη μη μηδενική ροή μέσω της εμπλοκής των qubits, οι δύο διαδρομές παρήγαγαν αντίθετα πρόσημα με αποτέλεσμα την αλληλοακύρωσή τους, γεγονός που οδήγησε στην πλήρη καταστολή της κίνησης των σωματιδίων. Η επιτυχής αυτή προσομοίωση ανοίγει τον δρόμο για τη μελέτη πιο σύνθετων συστημάτων και θεωριών βαθμίδας σε μεγαλύτερα πλέγματα.
