Физики только что подарили нам ‘квантовую спиновую жидкость’, странное новое состояние материи

Твердое тело состоит из атомов, которые более или менее замкнуты в упорядоченной структуре. С другой стороны, жидкость состоит из атомов, которые могут свободно обтекать и проходить друг мимо друга. Но представьте себе атомы, которые остаются незамерзшими, как атомы в жидкости, но которые находятся в постоянно меняющемся магнитном поле.

То, что вы имеете, - это невиданное ранее состояние материи, состояние квантовой странности, называемое квантовой спиновой жидкостью. Теперь, тщательно манипулируя атомами, исследователям удалось создать это состояние в лаборатории. Исследователи

То, что вы имеете, - это невиданное ранее состояние материи, состояние квантовой странности, называемое квантовой спиновой жидкостью. Теперь, тщательно манипулируя атомами, исследователям удалось создать это состояние в лаборатории. Исследователи

Квантовая спиновая жидкость - последняя запись в этом бестиарии криптидных состояний. Ее атомы не застывают в каком-либо упорядоченном состоянии, и они постоянно находятся в движении.

“Спин” в названии относится к свойству, присущему каждой частице – вверх или вниз, – которое порождает магнитные поля. В обычном магните все вращения направлены вверх или вниз в определенном порядке. С другой стороны, в жидкости с квантовым спином присутствует третий спин. Это предотвращает образование когерентных магнитных полей.Это, в сочетании с эзотерическими правилами квантовой механики, означает, что спины постоянно находятся в разных положениях одновременно. Если вы посмотрите всего на несколько частиц, трудно сказать, есть ли у вас квантовая жидкость или, если есть, какими свойствами она обладает.

Квантовые спиновые жидкости были впервые теоретизированы в 1973 году физиком по имени

В арсенале исследователей из Гарварда появился новый инструмент: то, что они называют “программируемым квантовым симулятором”. По сути, это машина, которая позволяет им играть с отдельными атомами. Используя специально сфокусированные лазерные лучи, исследователи могут перемещать атомы по двумерной сетке, как магниты на доске.“Мы можем контролировать положение каждого атома в отдельности”, - говорит Семегини. “Мы можем расположить их по отдельности в любой форме или форме, которые мы хотим”.

Более того, чтобы фактически определить, успешно ли они создали квантовую спиновую жидкость, исследователи воспользовались тем, что называется квантовой запутанностью. Они активировали атомы, которые начали взаимодействовать: изменения в свойствах одного атома отразились бы на другом. Изучив эти связи, ученые нашли подтверждение, в котором они нуждались.

Все это может показаться созданием абстрактной материи ради абстрактной материи – но это часть привлекательности. “Мы можем как бы прикоснуться к нему, потрогать, поиграть с ним, даже в некотором роде поговорить с этим состоянием, манипулировать им и заставить его делать то, что мы хотим”, - говорит Лукин. “Это то, что действительно интересно”.

Но ученые считают, что квантовые спиновые жидкости также имеют ценные применения. Просто окунитесь в мир квантовых компьютеров.Квантовые компьютеры обладают потенциалом, позволяющим намного превзойти их традиционные аналоги. По сравнению с современными компьютерами, квантовые компьютеры могут создавать лучшие модели систем, таких как молекулы, и гораздо быстрее выполнять определенные вычисления.

Но то, что ученые используют в качестве строительных блоков квантовых компьютеров, может оставлять желать лучшего. Эти блоки, называемые кубитами, часто представляют собой отдельные частицы или атомные ядра, которые чувствительны к малейшему шуму или колебаниям температуры. Квантовые спиновые жидкости с информацией, хранящейся в том, как они устроены, могут быть менее привередливыми кубитами.По словам Семегини, если бы исследователи смогли продемонстрировать, что квантовую спиновую жидкость можно использовать в качестве кубита, это могло бы привести к созданию совершенно нового типа квантового компьютера.