Открыто новое состояние материи: квантовая спиновая жидкость позволит создать суперкомпьютер
О квантовой спиновой жидкости, как о новом состоянии материи, говорили почти 50 лет назад. Теперь стало известно, что учёным удалось создать подобную материю, сообщило издание «Популярная механика».
Вещество было создано учёными из Гарварда. Согласно их исследованию, открытие может помочь в усовершенствовании будущих квантовых компьютеров. Спин электрона — это собственный момент импульса, то есть внутренняя характеристика. Он имеет квантовую природу и не зависит от движения самого электрона.
Чтобы получить материал, обладающий магнитными свойствами, нужно упорядочить его спины. Самый известный тип магнетизма можно встретить в обычных магнитах, которые используются в быту. Материал становится магнитом, поскольку спины всех электронов в нём имеют однонаправленную ориентацию. Иные типы магнетизма можно получить, когда спины соседних электронов чередуются вверх и вниз в виде клетки. Система будет работать, если система упорядочена.
Физиком Филипом Андерсоном в 1973 году была предложена гипотеза о существовании состояния вещества, которое не подчиняется известным правилам. Тогда и появилось понятие квантовой спиновой жидкости. При охлаждении такой материал не становится твёрдым и его электроны не переходят в высокоупорядоченное состояние. Вместо этого они постоянно переключаются, запутываясь друг с другом в сложном квантовом состоянии.
Прошло полвека и учёные из Гарварда впервые в мире создали квантовую спиновую жидкость. В работе они использовали своё собственное изобретение — программируемый квантовый симулятор. Благодаря системе лазеров он позволяет удерживать 219 атомов в сетке. Включая спины, можно менять свойства этих атомов.
В ходе исследований учёные организовали атомы в треугольную решетку, чтобы каждый из них имел по два «соседа». Пара электронов может магнитно стабилизироваться, поскольку их спины могут совпадать или чередоваться. Присутствие третьего разрушает этот баланс. В результате получается так называемый «фрустрированный магнит», постоянно находящийся в нестабильном состоянии.
Полученная квантовая спиновая жидкость демонстрирует ряд полезных квантовых явлений. Например, запутанность. В этом случае атомы могут влиять друг на друга на большом удалении и даже «телепортировать» информацию. Ещё одно явление — квантовая суперпозиция, при котором атомы способны одновременно находиться в разных состояниях. Оба состояния могут быть полезными при создании квантового суперкомпьютера, который требует высокой устойчивости ко внешним помехам.
