Дослідникам вдалося виокремити окремий електрон з моря заряджених частинок у нанорозмірному електричному колі, отримавши хвилю єдиного електрона (згідно гіпотези Луї де Бройля електрон, як і будь-яка частинка мікросвіту, володіє хвильовими властивостями). Відкриття підтверджує теоретичне припущення російського фізика Леоніда Левитова, зроблене два десятиліття тому, та, можливо, дасть змогу використовувати окремо взяті електрони для передавання квантової інформації. У такий спосіб, до речі, використовують фотони, які переносять інформацію у квантово-оптичних мережах, закодовану у 1 та 0. Про відкриття повідомила команда фізиків-теоретиків під керівництвом Крістіана Ґлатті з Центру ядерних досліджень Секлей у м. Жиф-сюр-Івет (Франція) у часописі Nature.
Щоб отримати хвилю електрона, яку ще називають збудженням електрона, Ґлатті виходив з припущення, зробленого 17 років тому фізиком–теоретиком Леонідом Левитовим з Массачусетського технологічного інституту. Згідно з гіпотезою Левитова, якщо до нанорозмірного електричного кола подати змінну напругу, вона «розворушить» електрони у провіднику та змусить їх перейти у складний квантовий стан. Цей стан складатиметься зі збуджених електронів та їх позитивно заряджених місцеположень у атомній ґратці провідника, які вони залишають по собі, переходячи у збуджений стан (так званих «дірок»). При цьому Левитов дійшов висновку, що, якщо коливання напруги задати математичною функцією, званою розподілом Коші, то у своїй максимальній точці вона викличе збуджений стан лише в одного електрона.
Саме таку напругу команда Ґлатті подала до нанорозмірного електричного кола, яке складалось з двох електродів та вузької провідної області між ними (систему напередодні експерименту охолодили до температури, близької до абсолютного нуля (35 мілікельвінів), аби увесь час електрони перебували в основному квантовому стані). Припущення Левитова підтвердилось: на піку електричного імпульсу, переданого одному з електродів, один з моря електронів перейшов у збуджений стан та перемістився у вигляді хвилі де Бройля крізь провідник до іншого електрода. Такий вид збудження у фізиці називається солітоном – структурно стійкою усамітненою хвилею, що розповсюджується в нелінійному середовищі. Команда Ґлатті назвала отриманий ними вид солітона «левитоном» (солітоном Левитова).
За словами фізика-теоретика Пітера Самуельсона з Лундського університету (Швеція), «довільне створення левитонів – це великий внесок в теоретичну фізику, який значно розширить спектр наукових досліджень». Крім того, за його словами, левитони можна використовувати як носії інформації у квантових комп’ютерах. «По суті усі властивості фотонів, які застосовують для передачі інформації у квантовій оптиці, включно зі сплутаними квантовими станами, квантовою телепортацією та квантовою криптографією, можна протестувати і на прикладі левитонів», - стверджує Самуельсон.
29.10.2013