Новий екзотичний стан матерії, можливість існування якого була обґрунтована теоретично більше 50 років тому, вперше в історії було отримано в лабораторних умовах. Створений дослідниками з гарвардського університету, цей матеріал називається квантовою спін-рідиною, а його подальше вивчення і використання дозволить створити ряд нових технологій, здатних мати великий вплив на подальший розвиток квантових обчислень і комунікацій.
Для того, щоб який-небудь матеріал володів магнітними властивостями потрібно, щоб обертання електронів атомів цього матеріалу було вирівняно в одному напрямку. Кілька типів магнетизму можуть спостерігатися, коли обертання електронів в матеріалі чергується, подібно клітинам шахівниці, проте, такі матеріали все ще володіють екзотичними магнітними властивостями за рахунок впорядкованості спінів електронів.
У 1973 році американський фізик philip anderson (philip anderson) висунув гіпотезу про можливість існування стану матерії, званогоквантовой спін-рідиною, яка не підкоряється описаним трохи вище правилам. Така рідина виникає при охолодженні матерії до такого стану, коли вона ще не перетворюється в тверде тіло і електрони не займають строго задане положення і, як наслідок, не вирівнюють свої спини в одному напрямку. Замість цього спини електронів знаходяться в постійному русі, вони всі заплутуються один з одним, утворюючи дуже складний єдиний квантовий стан.
Для створення квантової спін-рідини гарвардські дослідники використовували так званий квантовий симулятор, щось на зразок примітивного квантового комп’ютера, орієнтованого на вирішення тільки однієї єдиної задачі. Основу цього симулятора складають 219 атомів, розташованих у вузлах сітки оптичної пастки, створеної за допомогою лазерних променів. Крім цього, за допомогою світла додаткових лазерів можна управляти кожним з атомів, змінюючи напрямок спина його електрона.
Вчені розташували атоми в пастці у вигляді решітки, в середовищі якої у кожного з атомів є два найближчих сусіда. Пара електронів може стабілізуватися і вирівняти значення їх спинив, але присутність електрона третього сусіднього атома руйнує баланс, створюючи те, що вчені називають “розбитим магнітом”, магнітом, який не в змозі стабілізуватися самостійно.
І в результаті всі ці атоми сформували деяку кількість квантової спін-рідини, що володіє декількома корисними квантовими властивостями. Перше, атоми рідини знаходяться в заплутаному стані, вони можуть впливати один на одного навіть на великій відстані, що можна використовувати для здійснення телепортації квантової інформації. Другим властивістю є те, що всі атоми рідини знаходяться в стані суперпозиції, тобто їх електрони можуть обертатися відразу в двох напрямках. Обидва ці властивості є основними” примхами ” квантової механіки, які використовуються сьогодні для створення квантових комп’ютерів.
” зараз ми працюємо над тим, щоб створити на основі отриманої квантової спін-рідини перший топологічний квантовий біт, кубіт нового типу. Для цього, як мінімум, нам будуть потрібні технології, що дозволяють управляти, записувати і зчитувати інформацію з таких кубітів” – пишуть дослідники, – “таким чином, після отримання перших зразків рідини перед нами відкрилося величезне поле для подальших досліджень”.
ключові слова: квантова, рідина, спін, електрон, обертання, симулятор, заплутаність, суперпозиція
першоджерело
інші новини по темі:
Вченим вперше вдалося “приготувати” квантову спін-рідину
Вчені створили найменші краплі рідини у всесвіті, які підпорядкувавши …
Вченим вдалося виміряти рівні кореляції белла в квантовій системі, перебуваючи …
Вчені виявили новий стан матерії, що виявляється в двовимірних матері …
Нові дослідження відкривають більш ефективні шляхи використання спінтроні …
