Учените наблюдават квантови спинови течности: състояние на материята, което никога не сме виждали досега

(Юичиро Чино/Момент/Гети изображения)

Екзотика и чисто нова състояние на материята наречен а квантова спинова течност е изказана хипотеза за десетилетия , а сега учените успяха да го наблюдават в лаборатория за първи път.

„Течната“ част се отнася до електрони, които постоянно се променят и флуктуират вътре в магнитен материал при ниски температури. За разлика от обикновените магнити, в този случай електроните не се стабилизират или установяват в структурираната решетка на твърдото тяло, докато се охлаждат.

' квантов спин ' се отнася до ориентация на ъглов импулс (нагоре или надолу), носен от частици, които са заплетени в двойки с противоположни завъртания. Сега, когато състоянието е наблюдавано за първи път, се надяваме, че откритието може да ускори напредъка в развитието на квантови компютри .

„Това е много специален момент в полето“, казва квантовият физик Михаил Лукин , от Харвардския университет в Масачузетс. „Можете наистина да докосвате, ръгате и удряте това екзотично състояние и да го манипулирате, за да разберете свойствата му… това е ново състояние на материята, което хората никога не са могли да наблюдават.“

Нормалните магнити включват електрони, чийто спин е ориентиран в една и съща посока нагоре или надолу, което генерира магнетизъм.

В квантовите спинови течности се въвежда трети електрон, така че докато две противоположни спинове ще се стабилизират взаимно, спинът от третия електрон изхвърля баланса. Той създава „разочарован“ магнит, при който завъртанията не могат да се стабилизират в една посока.

За да произведат свой собствен разочарован решетъчен модел, екипът използва програмируем квантов симулатор, създаден през 2017 г. Симулаторът използва колкото компютър програма за задържане на атоми в персонализирани форми с помощта на лазери – като квадрати, триъгълници или пчелни пити – и може да се използва за проектиране на различни квантови взаимодействия и процеси.

Симулаторът използва плътно фокусирани лазерни лъчи, за да подреди атомите поотделно и чрез подреждане на атомите на рубидий в триъгълна решетка, изследователите успяха да произведат разочарован магнит със свойства на квантово заплитане – където промените в един атом се съпоставят във втори заплетен атом.

Връзките между атомите показват, че наистина е създадена квантова спинова течност.

„Можете да раздалечавате атомите колкото желаете; можете да промените честотата на лазерната светлина; наистина можете да промените параметрите на природата по начин, който не бихте могли в материала, където тези неща са били изучавани по-рано,' казва квантовият физик Субир Сачдев , от Харвардския университет.

'Тук можете да погледнете всеки атом и да видите какво прави.'

Квантовите компютри са изградени върху квантови битове или кубити и се надяваме, че квантовите спинови течности ще помогнат в разработването на топологични кубити: кубити, които са по-добре защитени срещу външен шум и смущения.

За един квантов компютър това е изключително важно. Тези системи могат да бъдат много деликатни и да ги накарате да работят за продължителни периоди от време без грешки е едно от най-големите предизвикателства пред ученитеработят върху.

Сега, когато квантовите въртящи се течности са забелязани за първи път, това трябва да помогне да се разбере как да се направят кубитите възможно най-здрави. Сега има много повече за изследване, казват изследователите.

„Да се ​​научим как да създаваме и използваме такива топологични кубити би представлявало голяма стъпка към реализацията на надеждни квантови компютри“, казва квантовият физик Джулия Семегини от Харвардския университет.

Изследването е публикувано в Наука .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.