Открыто новое состояние материи: квантовая спиновая жидкость
Чтобы материалы стали магнитными, спины электронов в материале должны быть упорядочены. Самый распространенный тип магнетизма, который можно встретить в магнитах на холодильник, работает, потому что спины всех электронов в материале ориентированы в одном направлении. Другие типы магнетизма могут возникать, когда спины соседних электронов чередуются вверх и вниз в виде клетки − это работает, пока в системе есть порядок.
Но в 1973 году физик Филип Андерсон выдвинул гипотезу о состоянии вещества, называемом квантовыми спиновыми жидкостями, которое не подчиняется этим правилам. Когда материал охлаждается, он не образует твердого тела, и, что важно, их электроны не переходят в высокоупорядоченное состояние. Вместо этого они будут постоянно переключаться, запутываясь друг с другом в сложном квантовом состоянии.
Лишь спустя почти полвека группа ученых из Гарварда впервые создала и наблюдала квантовую спиновую жидкость на практике. Для этого исследователи использовали программируемый квантовый симулятор, разработанный ими несколько лет назад, который с помощью лазеров удерживает 219 атомов в сетке. Свойства этих атомов можно осторожно изменять, включая спины их электронов.
Для этого исследования команда организовала атомы в треугольную решетку, то есть у каждого было по два «соседа». Пара электронов может магнитно стабилизироваться тем или иным способом, потому что их спины могут либо совпадать, либо чередоваться, но наличие «третьего колеса» нарушает этот баланс, создавая «фрустрированный магнит», который не может войти в стабильное состояние.
Получающаяся в результате квантовая спиновая жидкость демонстрирует несколько полезных квантовых явлений, таких как запутанность, когда атомы могут влиять друг на друга на огромных расстояниях и даже «телепортировать» информацию; и квантовую суперпозицию, когда атомы могут существовать в нескольких состояниях одновременно. Оба они полезны для создания квантовых компьютеров, которые должны быть более устойчивыми к внешним помехам.
Вещество, называемое квантовой спиновой жидкостью, был создан исследователями из Гарварда, и в конечном итоге может помочь улучшить квантовые компьютеры