Promatranje ne-Abelovog efekta Aharonov-Bohm, predviđenog prije desetljeća, može ponuditi korak ka kvantnim računalima otpornim na greške.
Egzotični fizički fenomen, koji uključuje optičke valove, sintetička magnetna polja i preokret vremena, direktno je primijećen prvi put, nakon desetljeća pokušaja. Novo otkriće moglo bi dovesti do realizacije onoga što je poznato kao topološka faza i na kraju do napretka prema kvantnim računalima otpornim na greške, kažu istraživači.
Novo otkriće uključuje neabelijski efekt Aharonov-Bohm, a objavljeno je u časopisu Science od MIT istraživača Yang, MIT gostujućeg stipendiste Chao Peng (profesor na Pekinškom univerzitetu), student MIT-a Di Zhu, profesora Hrvoje Buljan na Sveučilište u Zagrebu u Hrvatskoj, Francis Wright Davis, profesor fizike John Joannopoulos na MIT-u, profesor Bo Zhen sa Sveučilišta u Pennsylvaniji i profesor fizike MIT Marin Soljačić.
Nalaz se odnosi na kalibracijska polja, koja opisuju transformacije kroz koje prolaze čestice. Mjeračka polja spadaju u dvije klase, poznate kao abelijanska i neabelovska. Učinak Aharonov-Boh, nazvan po teoretičarima koji su ga predviđali 1959. godine, potvrdio je da kalibra polja – osim što su čista matematička pomoć – imaju fizičke posljedice.
Ali opažanja su djelovala samo u abelovskim sustavima ili onima u kojima su mjerna polja komutativna – to jest, odvijaju se na isti način i naprijed i natrag u vremenu. 1975. godine Tai-Tsun Wu i Chen-Ning Yang stvorili su efekat neabelijskog režima kao misaoni eksperiment. Ipak, ostaje nejasno je li uopće moguće primijetiti učinak u neabelovskom sustavu. Fizičarima je nedostajao način stvaranja efekta u laboratoriji, a nedostajali su i načini detekcije efekta čak i ako se on može proizvesti. Sada su obje te zagonetke riješene, a zapažanja uspješno izvedena.
Učinak ima veze sa jednim od čudnih i kontratuktivnih aspekata moderne fizike, činjenicom da su gotovo sve temeljne fizičke pojave vremenski invazivne. To znači da detalji načina na koji čestice i sile međusobno djeluju mogu kretati prema naprijed ili nazad u vremenu, a film o tome kako se događaji odvijaju može se odvijati u bilo kojem smjeru, tako rečeno da ni na koji način ne mogu reći koja je prava verzija. Ali nekoliko egzotičnih pojava krši ovu simetriju.
Stvaranje abelovske verzije efekata Aharonov-Bohm zahtijeva kršenje vremenske preokretne simetrije i sam po sebi izazovan zadatak, kaže Soljačić. No, za postizanje neabelovske verzije efekta potrebno je višestruko i na različite načine prekinuti taj preokret, što ga čini još većim izazovom.
Za postizanje efekta, istraživači koriste polarizaciju fotona. Zatim su proizveli dve različite vrste preokretanja vremena. Koriste se optičkim vlaknima za proizvodnju dvije vrste mjerača koja utječu na geometrijske faze optičkih valova, prvo šaljući ih kroz kristalno pristrasan snažnim magnetskim poljem, a drugi modulirajući ih vremenski promjenjivim električnim signalima, a oba prekidaju simetrija preokreta vremena. Tada su mogli proizvesti uzorke smetnji koji su otkrivali razlike u načinu na koji je svjetlost utjecala kada je poslata kroz optički sistem u suprotnim smjerovima, u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru. Bez kršenja vremenske obrnute invazije, snopovi su trebali biti identični, ali umjesto toga, njihovi uzorci interferencija otkrili su specifične setove razlika kako su predviđali, pokazujući detalje neuhvatljivog efekta.
Izvorna, abelovska verzija efekta Aharonov-Bohm “primijećena je s nizom eksperimentalnih napora, ali ne-Abelov efekt do sada nije primijećen”, kaže Yang. Nalaz „omogućava nam da radimo mnoge stvari“, kaže on, otvarajući vrata širokom spektru potencijalnih eksperimenata, uključujući klasične i kvantne fizičke režime, kako bismo istražili varijacije efekta.
Izvor: MIT i https://science.sciencemag.org/content/365/6457/1021