.){kind=link}
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες ανακάλυψαν στο εργαστήριο μια από καιρό προβλεπόμενη, αλλά αόρατη στο παρελθόν κατάσταση της ύλης. Πυροδοτώντας ένα λέιζερ σε ένα υπερψυχρό πλέγμα ατόμων ρουβιδίου, οι επιστήμονες ανάγκασαν τα άτομα σε μια βρώμικη σούπα κβαντικής αβεβαιότητας γνωστή ως ποσοστό πυκνότητα στυψίματος (υγρό).
Η υπόθεση της ύπαρξης της κβαντικής πυκνότητας σπιν - μια σπάνια κατάσταση της ύλης στην οποία δεν σχηματίζεται μαγνητική τάξη μεγάλης εμβέλειας σε μηδενική θερμοκρασία - προτάθηκε το 1973. Αλλά μόλις πρόσφατα οι επιστήμονες παρατήρησαν για πρώτη φορά ένα υγρό κβαντικού σπιν σε εργαστηριακές συνθήκες.
Το «υγρό» μέρος ανήκει σε ηλεκτρόνια που αλλάζουν συνεχώς και ταλαντώνονται μέσα στο μαγνητικό υλικό σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σε αντίθεση με τους συνηθισμένους μαγνήτες, σε αυτή την περίπτωση τα ηλεκτρόνια δεν σταθεροποιούνται και δεν καθιζάνουν στο δομημένο πλέγμα του στερεού σώματος κατά την ψύξη. Τώρα που αυτή η κατάσταση έχει καταγραφεί, ελπίζουμε ότι η ανακάλυψη θα επιταχύνει την ανάπτυξη ισχυρών κβαντικών υπολογιστών.
«Αυτή είναι μια πολύ ιδιαίτερη στιγμή σε αυτόν τον τομέα», λέει ο κβαντικός φυσικός Mykhailo Lukin από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στη Μασαχουσέτη. «Μπορείς πραγματικά να αγγίξεις, ακόμη και να χωθείς σε αυτήν την εξωτική κατάσταση, να τη χειριστείς για να καταλάβεις τις ιδιότητές της... είναι μια νέα κατάσταση της ύλης που οι άνθρωποι δεν μπόρεσαν ποτέ να παρατηρήσουν πριν».
Οι συμβατικοί μαγνήτες περιέχουν ηλεκτρόνια των οποίων το σπιν είναι προσανατολισμένο προς την ίδια κατεύθυνση προς τα πάνω ή προς τα κάτω που δημιουργεί μαγνητισμό. Στα υγρά του κβαντικού σπιν, εισάγεται ένα τρίτο ηλεκτρόνιο, οπότε ενώ δύο αντίθετα σπιν σταθεροποιούνται μεταξύ τους, το σπιν του τρίτου ηλεκτρονίου σπάει την ισορροπία. Αυτό δημιουργεί έναν «διαταραγμένο» μαγνήτη όπου όλες οι περιστροφές δεν μπορούν να σταθεροποιηθούν προς την ίδια κατεύθυνση.
Για να δημιουργήσει το δικό της διαταραγμένο μοτίβο πλέγματος, η ομάδα χρησιμοποίησε έναν προγραμματιζόμενο κβαντικό προσομοιωτή που κατασκευάστηκε το 2017. Ο προσομοιωτής χρησιμοποιεί ένα πρόγραμμα κβαντικού υπολογιστή για να κρατά άτομα σε αυθαίρετα σχήματα με λέιζερ – όπως τετράγωνα, τρίγωνα ή κηρήθρες – και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σχεδιάσει διάφορες κβαντικές αλληλεπιδράσεις και διαδικασίες. Ο προσομοιωτής χρησιμοποιεί σφιχτά εστιασμένες δέσμες λέιζερ για να τακτοποιήσει μεμονωμένα τα άτομα και τοποθετώντας τα άτομα ρουβιδίου σε ένα πλέγμα με τριγωνικό σχέδιο, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν έναν ασταθή μαγνήτη με τις ιδιότητες της κβαντικής εμπλοκής - όπου οι αλλαγές σε ένα άτομο συμπίπτουν με ένα δεύτερο μπλεγμένο άτομο.
Οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων έδειξαν ότι είχε όντως δημιουργηθεί μια κβαντική πυκνότητα σπιν.
«Μπορείτε να σπρώξετε τα άτομα όσο θέλετε, μπορείτε να αλλάξετε τη συχνότητα του λέιζερ, μπορείτε πραγματικά να αλλάξετε τις παραμέτρους της φύσης με τρόπο που δεν θα μπορούσατε στο υλικό όπου αυτά τα πράγματα μελετήθηκαν πριν», λέει η quantum. φυσικός Subir Sachdev του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ. "Εδώ μπορείτε να δείτε κάθε άτομο και να δείτε τι κάνει."
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι χτισμένοι σε κβαντικά bit ή qubits και ελπίζουμε ότι τα κβαντικά ρευστά σπιν θα βοηθήσουν στην ανάπτυξη τοπολογικών qubit που προστατεύονται καλύτερα από εξωτερικούς θορύβους και παρεμβολές.
Διαβάστε επίσης: