Гіпотеза про існування квантової спінової рідини-рідкісного стану матерії, в якому при нульовій температурі далекий магнітний порядок не формується – була запропонована ще в 1973 році. Але тільки недавно вченим вдалося спостерігати квантову спінову рідину в лабораторних умовах
“рідка” частина відноситься до електронів, які постійно змінюються і коливаються всередині магнітного матеріалу при низьких температурах. На відміну від звичайних магнітів, в цьому випадку електрони не стабілізуються і не осідають в структурованій решітці твердого тіла при охолодженні. Тепер, коли цей стан було зафіксовано, є надія, що відкриття прискорить прогрес у розробці потужних квантових комп’ютерів.
“це абсолютно особливий момент у цій галузі, – каже квантовий фізик михайло лукін* з гарвардського університету в массачусетсі. – ви дійсно можете чіпати і навіть тикати в цей екзотичний стан, маніпулювати ним, щоб зрозуміти його властивості… Це новий стан матерії, яке люди раніше ніколи не могли спостерігати”.
Звичайні магніти містять електрони, спін яких орієнтований в одному і тому ж напрямку вгору або вниз, що і створює магнетизм. У квантових спінових рідинах вводиться третій електрон, тому, в той час як два протилежних спина стабілізують один одного, спін третього електрона порушує рівновагу. Це створює” засмучений ” магніт, де всі обертання не можуть стабілізуватися в одному напрямку.
Щоб створити свій власний засмучений шаблон решітки, команда використовувала програмований квантовий симулятор, побудований в 2017 році. Симулятор використовує квантову комп’ютерну програму для утримання атомів у довільних формах за допомогою лазерів-таких як квадрати, трикутники або стільники – і може застосовуватися для проектування різних квантових взаємодій і процесів. Симулятор використовує щільно сфокусовані лазерні промені для індивідуального розташування атомів, і, розташувавши атоми рубідію в решітці з трикутним малюнком, дослідники змогли створити засмучений магніт з властивостями квантової заплутаності-де зміни в одному атомі збігаються з другим заплутаним атомом.
Зв’язки між атомами вказували на те, що дійсно була створена квантова спінова рідина.
“ви можете розсовувати атоми так далеко, як хочете; ви можете змінювати частоту лазерного випромінювання; ви дійсно можете змінювати параметри природи так, як не могли в матеріалі, де ці речі вивчалися раніше, – говорить квантовий фізик субір сачдев з гарвардського університету. – тут ви можете подивитися 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 у розробці топологічних кубітів, які краще захищені від зовнішніх шумів і перешкод.
“вивчення того, як створювати і використовувати такі топологічні кубіти, стане важливим кроком на шляху до створення надійних квантових комп’ютерів”, – додає квантовий фізик джулія семегіні з гарвардського університету.
Дослідження було опубліковано в журналі science.
михайло лукін – американський і російський вчений в області теоретичної та експериментальної фізики, випускник мфті, професор фізики гарвардського університету.
