Ученые впервые получили еще одно новое состояние материи — квантовую спин-жидкость

Квантовая спин-жидкость

Новое экзотическое состояние материи, возможность существования которого была обоснована теоретически более 50 лет назад, впервые в истории было получено в лабораторных условиях. Созданный исследователями из Гарвардского университета, этот материал называется квантовой спин-жидкостью, а его дальнейшее изучение и использование позволит создать ряд новых технологий, способных оказать большое влияние на дальнейшее развитие квантовых вычислений и коммуникаций.

Для того, чтобы какой-нибудь материал обладал магнитными свойствами требуется, чтобы вращение электронов атомов этого материала было выровнено в одном направлении. Несколько иные типы магнетизма могут наблюдаться, когда вращение электронов в материале чередуется, подобно клеткам шахматной доски, тем не менее, такие материалы все еще обладают экзотическими магнитными свойствами за счет упорядоченности спинов электронов.

В 1973 году американский физик Philip Anderson (Philip Anderson) выдвинул гипотезу о возможности существования состояния материи, называемого квантовой спин-жидкостью, которая не подчиняется описанным чуть выше правилам. Такая жидкость возникает при охлаждении материи до такого состояния, когда она еще не превращается в твердое тело и электроны не занимают строго заданное положение и, как следствие, не выравнивают свои спины в одном направлении. Вместо этого спины электронов находятся в постоянном движении, они все запутываются друг с другом, образуя очень сложное единое квантовое состояние.

Для создания квантовой спин-жидкости гарвардские исследователи использовали так называемый квантовый симулятор, что-то вроде примитивного квантового компьютера, ориентированного на решение только одной единственной задачи. Основу этого симулятора составляют 219 атомов, расположенных в узлах сетки оптической ловушки, созданной с помощью лазерных лучей. Кроме этого, при помощи света дополнительных лазеров можно управлять каждым из атомов, меняя направление спина его электрона.

Ученые расположили атомы в ловушке в виде решетки, в среде которой у каждого из атомов имеется два ближайших соседа. Пара электронов может стабилизироваться и выровнять значения их спинов, но присутствие электрона третьего соседнего атома разрушает баланс, создавая то, что ученые называют «разбитым магнитом», магнитом, который не в состоянии стабилизироваться самостоятельно.

И в результате все эти атомы сформировали некоторое количество квантовой спин-жидкости, обладающей несколькими полезными квантовыми свойствами. Первое, атомы жидкости находятся в запутанном состоянии, они могут влиять друг на друга даже на большом расстоянии, что можно использовать для осуществления телепортации квантовой информации. Вторым свойством является то, что все атомы жидкости находятся в состоянии суперпозиции, т.е. их электроны могут вращаться сразу в двух направлениях. Оба этих свойства являются основными «причудами» квантовой механики, которые используются сегодня для создания квантовых компьютеров.

«Сейчас мы работаем над тем, чтобы создать на основе полученной квантовой спин-жидкости первый топологический квантовый бит, кубит нового типа. Для этого, как минимум, нам потребуются технологии, позволяющие управлять, записывать и считывать информацию из таких кубитов» — пишут исследователи, — «Таким образом, после получения первых образцов жидкости перед нами открылось огромное поле для дальнейших исследований».

Share Button

Материалы по теме:

Созданы самые точные на сегодняшний день оптические часы
Исследовательская группа из университета Аделаиды (University of Adelaide), Австралия, удостоилась престижной премии Eureka Prizes за разработку того, что можно назвать самыми точными оптическими часами ...
Ученые впервые обнаружили нейтрино, порожденные в недрах Солнца в результате редкой реакции ядерного синтеза
Исследователи из итальянского Национального института ядерной физики (Italian National Institute for Nuclear Physics, INFN) впервые в истории науки обнаружили частицы нейтрино, порожденные в недрах ...
Внутренние оболочки раковин морских моллюсков стали прототипом нового типа небьющегося стекла
Стекло является одним из самых полезных и широко используемых материалов в современном мире. Но, к сожалению, обычное стекло достаточно хрупко, и оно разрушается при ...
Луч лазера, направленный в замочную скважину, позволит увидеть все, что находится в помещении
Способность "заглядывать" внутрь закрытых помещений в течение долгого времени относилась к разряду научной фантастики и всяких "супергеройских" умений. Однако, исследователи из лаборатории Computational Imaging ...
Сможет ли квантовый компьютер заменить Большой Адронный Коллайдер?
Группа исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли использовала один из существующих квантовых компьютеров для успешного проведения моделирования процессов, происходящих при столкновениях элементарных ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика