Herhangi bir karmaşık matematik problemini çözebilecek evrensel bir kuantum bilgisayarının geliştirilmesi devam eden bir çabadır. Ancak, bazı kuantum fiziği problemleri için daha basit bir kuantum simülasyon yöntemi mevcut.
Artık Fermi-Hubbard modeliyle daha büyük, daha tutarlı ve niceliksel deneyler yapmak mümkün.
Fermi-Hubbard Modeli Kısaca
Fermi-Hubbard modeli, yoğun madde fiziğinde anahtar bir kavramdır ve malzemelerin elektronik ve manyetik özellikleri hakkında önemli bilgiler sağlar. Ancak, Fermi sistemlerinin karmaşık doğası, d-dalgası süperiletkenliği ve kuantum manyetizması ile ilgili önemli soruların yanıtlanmasına engel teşkil etmektedir. Son zamanlarda, optik bir kafese yüklenmiş fermiyonik bir kuantum gazı kullanarak Fermi Hubbard modelini deneysel olarak gerçekleştirmek mümkün hale gelmiştir.
Haberimize tekradan dönersek;
Çalışmak istediğiniz fiziksel fenomeni kaydedebilen bir sistem yapın ve ardından davranışını gözlemleyin. Fermi-Hubbard modeli (FHM), spin-up ve spin-down fermiyonlarının bir kafes içindeki ayrık bölgeler arasında atlayabildiği, bu şekilde en çok çalışılan sistemlerden biridir. FHM, başlangıçta katı hal elektronlarının basitleştirilmiş bir tanımını sağlamayı amaçlarken, yüksek sıcaklık süper iletkenliğinin esrarengiz fenomeniyle potansiyel bağlantısı nedeniyle ilgi çekmiştir.
En temel haliyle bile, FHM analitik ve sayısal yaklaşımlar için zorlayıcı olmaya devam ediyor; bu nedenle bilim insanları onu daha iyi anlamak için deneyler yapmaya başvurdular.
Harvard Üniversitesi’nden Markus Greiner ve meslektaşları, 2017 yılında 80 optik tuzaktan oluşan 2 boyutlu bir kafes içinde fermiyonik atomlar kullanarak yaptıkları FHM deneyiyle sansasyon yarattılar. Yukarı ve aşağı spinlerden oluşan bir dama tahtası deseni olan antiferromanyetik düzeni keşfettiler. Bu başarı, yüksek sıcaklık süper iletken faz diyagramının süper iletken faza yakın bir antiferromanyetik faza sahip olması nedeniyle daha umut verici sonuçlara işaret ediyordu. Ancak araştırmacılar deneyin küçük boyutu nedeniyle sadece sınırlı sonuçlar çıkarabildiler.
Son derece büyütülmüş bir FHM sistemindeki antiferromanyetizma, Xing-Can Yao ve Yu-Ao Chen’in de aralarında bulunduğu Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ndeki Jian-Wei Pan’ın grubundan araştırmacılar tarafından tespit edildi. Kafesleri iki boyutludan ziyade üç boyutludur ve 80 yerine 800.000 bölgeye sahiptir. Sonuç olarak, antiferromanyetik faz geçişinin kritik üslerini ölçebildiler ve iki boyutta var olmayan bu fenomenin nicel çalışmalarını yapabildiler.
Bu boyutta bir kafes oluşturmak için çok fazla deneysel çalışma yapılması gerekti. Optik tuzak dizileri oluşturmak için karşıt yayılan lazer ışınları çiftleri kullanılır. Bununla birlikte, lazer ışınları genellikle Gauss yoğunluk profillerine sahip olduğundan, kafesin çekirdeğindeki atomlar daha fazla ışığa maruz kaldıkları için çevredekilerden farklı bir fazda olabilirler. Işınlarının 50 µm (neredeyse 100 kafes bölgesi) çapındaki bir bölgede tutarlı bir yoğunluk profiline sahip olmasını sağlamak için Pan ve meslektaşları ısmarlama optik bileşenler oluşturdu.
Antiferromanyetik faza girmek ve çıkmak için araştırmacılar bir dizi deneysel ayar yaptı. Tüm örneklerde ölçülen spin düzenini 1,396 üslü bir güç yasası takip etti. Bu sonucu tahmin etmişlerdi; 3D Heisenberg modeli de aynı üssü gösteriyor, ancak FHM bunu daha önce hiç ölçmemişti. Şimdi, deneysel düzeneklerini doğruladıktan sonra, hayali süper iletken fazın peşinde faz diyagramının diğer bölgelerini araştırmayı planlıyorlar.
Kaynak: Physicstoday – Johanna L. Miller
