Вчені вперше виявили в лабораторії давно передбачуваний, але небачений раніше стан матерії. Обстрілюючи лазером ультрахолодну решітку атомів рубідію, вчені змусили атоми перетворитися на безладний суп квантової невизначеності, відомий як квантова спінова густина (рідина).
Гіпотеза про існування квантової спінової густини – рідкісного стану матерії, у якому за нульової температури далекий магнітний порядок не формується – було запропоновано ще у 1973 році. Але тільки нещодавно вчені вперше спостерігали квантову спінову рідину в лабораторних умовах.
«Рідка» частина належить до електронів, які постійно змінюються і коливаються всередині магнітного матеріалу за низьких температур. На відміну від звичайних магнітів, у цьому випадку електрони не стабілізуються і не осідають у структурованій решітці твердого тіла при охолодженні. Тепер, коли цей стан був зафіксований, є надія, що відкриття прискорить прогрес розробки потужних квантових комп’ютерів.
«Це зовсім особливий момент у цій галузі, – каже квантовий фізик Михайло Лукін з Гарвардського університету в Массачусетсі. – Ви дійсно можете торкатися і навіть тикати в цей екзотичний стан, маніпулювати ним, щоб зрозуміти його властивості… це новий стан матерії, який люди раніше ніколи не могли спостерігати».
Звичайні магніти містять електрони, спін яких орієнтований в тому самому напрямку вгору або вниз, що і створює магнетизм. У квантових спінових рідинах вводиться третій електрон, тому, у той час, як два протилежні спіни стабілізують один одного, спін третього електрона порушує рівновагу. Це створює «розладнаний» магніт, де всі обертання не можуть стабілізуватися в одному напрямку.
Щоб створити свій власний розладнаний шаблон решітки, команда використала програмований квантовий симулятор, побудований у 2017 році. Симулятор використовує квантову комп’ютерну програму для утримання атомів у довільних формах за допомогою лазерів – таких як квадрати, трикутники або соти – і може застосовуватися для проєктування різних квантових взаємодій та процесів. Симулятор використовує щільно сфокусовані лазерні промені для індивідуального розташування атомів, і, розташувавши атоми рубідія в решітці з трикутним малюнком, дослідники змогли створити нестабільний магніт з властивостями квантової заплутаності – де зміни в одному атомі збігаються з другим заплутаним атомом.
Зв’язки між атомами вказували на те, що справді було створено квантову спінову густину.
«Ви можете розсунути атоми так далеко, як бажаєте, ви можете змінювати частоту лазерного випромінювання, ви справді можете змінювати параметри природи так, як не могли у матеріалі, де ці речі вивчалися раніше, – каже квантовий фізик Субір Сачдев із Гарвардського університету. – Тут ви можете подивитись на кожен атом і побачити, що він робить».
Квантові комп’ютери побудовані на квантових бітах або кубітах, і є надія, що квантові спінові рідини допоможуть розробити топологічні кубити, які краще захищені від зовнішніх шумів і перешкод.
Читайте також:
Leave a Reply