Vedci pozorujú Quantum Spin Liquids: Stav hmoty, ktorý sme nikdy predtým nevideli

(Yuichiro Chino/Moment/Getty Images)

Exotika a úplne nová stav hmoty s názvom a kvantová spinová kvapalina bola vyslovená hypotéza už celé desaťročia , a teraz ho vedci mohli prvýkrát pozorovať v laboratóriu.

„Kvapalná“ časť sa vzťahuje na elektróny, ktoré sa neustále menia a kolíšu vo vnútri magnetického materiálu pri nízkych teplotách. Na rozdiel od bežných magnetov sa v tomto prípade elektróny pri ochladzovaní nestabilizujú ani neusadzujú v štruktúrovanej mriežke pevnej látky.

' kvantová rotácia ' označuje orientáciu momentu hybnosti (hore alebo dole) neseného časticami, ktoré sú zapletené do párov s opačnými rotáciami. Teraz, keď bol stav pozorovaný po prvý raz, dúfame, že objav môže posunúť pokrok vo vývoji kvantové počítače .

'Je to veľmi špeciálny moment v tejto oblasti,' hovorí kvantový fyzik Michail Lukin , z Harvardskej univerzity v Massachusetts. 'Môžete sa skutočne dotknúť tohto exotického stavu, popichať ho a popichať ho a manipulovať s ním, aby ste pochopili jeho vlastnosti... je to nový stav hmoty, ktorý ľudia nikdy neboli schopní pozorovať.'

Normálne magnety obsahujú elektróny, ktorých spin je orientovaný rovnakým smerom nahor alebo nadol, čo vytvára magnetizmus.

V kvapalinách s kvantovým spinom sa zavádza tretí elektrón, takže zatiaľ čo dva protichodné spiny sa navzájom stabilizujú, spin z tretieho elektrónu vyvracia rovnováhu. Vytvára „frustrovaný“ magnet, kde sa rotácie nemôžu stabilizovať v jednom smere.

Na vytvorenie vlastného frustrovaného mriežkového vzoru tím použil programovateľný kvantový simulátor postavený v roku 2017. Simulátor využíva rovnako ako počítač program na držanie atómov vo vlastných tvaroch pomocou laserov – ako sú štvorce, trojuholníky alebo plásty – a možno ho použiť na inžinierstvo rôznych kvantových interakcií a procesov.

Simulátor využíva tesne zaostrené laserové lúče na individuálne usporiadanie atómov a usporiadaním atómov rubídia do trojuholníkovej mriežky boli výskumníci schopní vytvoriť frustrovaný magnet s vlastnosťami kvanta. zapletenie – kde sa zmeny v jednom atóme zhodujú s druhým zapleteným atómom.

Spojenie medzi atómami naznačovalo, že skutočne bola vytvorená kvantová spinová kvapalina.

„Môžete od seba odsúvať atómy, ako ďaleko chcete; môžete zmeniť frekvenciu laserového svetla; môžete skutočne zmeniť parametre prírody spôsobom, ktorý ste nemohli zmeniť v materiáli, kde sa tieto veci predtým študovali,“ hovorí kvantový fyzik Subir Sachdev , z Harvardskej univerzity.

'Tu sa môžete pozrieť na každý atóm a zistiť, čo robí.'

Kvantové počítače sú postavené na kvantových bitoch alebo qubitoch a dúfame, že kvantové spinové kvapaliny pomôžu pri vývoji topologických qubitov: qubitov, ktoré sú lepšie chránené pred vonkajším hlukom a rušením.

Pre kvantový počítač je to nesmierne dôležité. Tieto systémy môžu byť veľmi chúlostivé a zabezpečiť, aby fungovali dlhší čas bez chýb, je jednou z najväčších výziev vedcovpracujú na.

Teraz, keď boli prvýkrát zaznamenané kvantové spinové kvapaliny, malo by to pomôcť pri zisťovaní, ako urobiť qubity čo najodolnejšie. Teraz je toho na preskúmanie oveľa viac, tvrdia vedci.

„Naučenie sa vytvárať a používať takéto topologické qubity by predstavovalo veľký krok smerom k realizácii spoľahlivých kvantových počítačov,“ hovorí kvantová fyzička Giulia Semeghini z Harvardskej univerzity.

Výskum bol publikovaný v r Veda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.