Нанотехнолози от университета в Твенте са открили ново фундаментално свойство на квантовата механика в електрическия ток в малки метални вериги.
Учените са показали как електроните се разпространяват по веригата като вълни и създават интерферентни ефекти, без реално да протича електрически ток. Важна роля в този „нелокален“ ефект играе и геометрията на електрическата веригата. Интерференцията е директно последствие от квантово-механичния характер на вълната от електрони и специфичната геометрия на веригата.
Резултатите от изследването са публикувани в сп. Scientific Reports.
Интерференцията е обичайно явление в природата и се получава, когато една или повече разпространяващи се вълни взаимодействат съгласувано. Науката е добре запозната с интерференцията на звука, светлината и водата, но това явление е присъщо и на електроните.
Това означава, че електроните също могат да бъдат считани като вълни, поне във вериги с наноразмери и то при изключително ниски температури – типичен пример за дуализма (вълна – частица) в квантовата механика.
Изследователите демонстрирали електронна интерференция в златен пръстен с диаметър 500 нанометра. Едната страна на пръстена е свързана с миниатюрна жичка, през която може да се пуска електрически ток. От другата страна пръстенът е свързан с жица, към която е прикрепен волтметър. Когато учените подали ток и разнообразно магнитно поле по пръстена, засекли електронна интерференция от другата страна на пръстена, въпреки че до нея реално не стигал ток.
Схема на нелокалната интерференция в златния пръстен.
Това показва, че вълните електрони могат да „текат“ по пръстена и да променят електрическите свойства навсякъде по веригата, особено когато никой не очаква да се случи нещо.
Резултатът е директно следствие на факта, че квантовите уравнения за движение са нелокални. Този странен тип природа е познат от още един вид нелокалност – нелогичното умение на даден обект да знае за състоянието на друг обект, дори и да са разделени от огромно разстояние.
Айнщайн нарича това „призрачно взаимодействие от разстояние“. Разбирането на този фундаментален ефект е изключително важно за квантовото изчисляване на информация, например за създаването на квантов компютър.
