Was ist ein Quantenknoten?

Ein Knoten ist eine Karte von einem Kreis ([math] S ^ 1 [/ math]) zum 3D-Raum ([math] R ^ 3 [/ math]). Hier ist ein Beispiel – ein Trefoil-Knoten:

Ein Quantenknoten ist einfach ein Knoten, der in einem Quantensystem auftritt. Das neueste Beispiel (das den Begriff “Quantenknoten” in den Vordergrund stellt) ist ein in einer Atomwolke gebildeter Knoten (genauer gesagt ein Bose-Einstein-Kondensat (BEC)). Das Präfix ‘Quantum’ ist hier nicht unbedingt erforderlich. Aber so wird es in der Forschungsgemeinschaft bezeichnet.

Lassen Sie mich kurz erklären, wie wir einen Knoten in einem atomaren System bekommen.

Ein BEC ist eine Wolke von ~ 20000 Atomen, die in einer Vakuumkammer eingeschlossen sind. Sie schweben buchstäblich in der Kammer. Sie werden auch abgekühlt, dh die Atome sind fast in Ruhe. Jedes Atom in der Wolke hat nicht genau einen genauen Ort – es ist mit einer gewissen Wahrscheinlichkeitsverteilung über die ganze Wolke verteilt.

Jedes Atom hat eine zusätzliche Eigenschaft namens Spin. Zu diesem Zweck können wir uns Spin als einen Vektor im 3D-Raum vorstellen. Es gibt also einen Spinvektor, der an verschiedenen Punkten innerhalb der Wolke unterschiedlich ist.

Angenommen, wir wollen nur die Punkte in der Wolke betrachten, an denen der Spin in einer bestimmten Richtung verläuft. Diese Punkte bilden eine Schleife innerhalb der Wolke (Warum ist es eine Schleife, ist eine tiefere Frage – darauf können wir hier nicht eingehen). Diese Schleife ist manchmal ein Knoten. Es wird auch als “Spin-Domain” bezeichnet.

Es gibt eine Möglichkeit, ein Bild von der Wolke zu machen, so dass nur die Punkte sichtbar werden, an denen der Spin in eine bestimmte Richtung geht (auch hier lasse ich viele technische Details aus). Wenn wir solche Bilder machen, sehen wir die Knoten. Es gab kürzlich ein Experiment, bei dem einige dieser Bilder aufgenommen wurden. Sie können sie hier sehen [1512.08981] Binden von Quantenknoten.

Verknotete Solitärwellen oder Knotensolitonen im quantenmechanischen Bereich, die ein Gas aus überflüssigen Atomen beschreiben, das auch als Bose-Einstein-Kondensat bezeichnet wird.