Zabudnuté heslo?
Prihlásenie

Vedci pozorujú nový stav hmoty – kvantovú rotačnú kvapalinu

Vedci pozorujú nový stav hmoty – kvantovú rotačnú kvapalinu
Autor:
Roman Mališka
Zverejnené:
6. 12. 2021
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Po prvýkrát bol teraz pozorovaný exotický stav hmoty, ktorý bol pôvodne predpokladaný už takmer pred 50 rokmi. Tento materiál s názvom kvantová rotačná kvapalina, ktorý vytvorili výskumníci z Harvardu, by nakoniec mohol pomôcť zlepšiť kvantové počítače.

Aby sa materiály stali magnetickými, otočenie elektrónov v materiáli musí byť veľmi usporiadané. Najbežnejší typ magnetizmu, aký sa dá vidieť s magnetkami na chladničke, funguje, pretože rotácie všetkých elektrónov v materiáli sú zarovnané rovnakým smerom. Iné typy magnetizmu môžu vzniknúť, keď sa rotácie susedných elektrónov striedajú nahor a nadol v šachovnicovom vzore. Stále to funguje, pokiaľ existuje poriadok.

No už v roku 1973 fyzik Philip Anderson vyslovil hypotézu o stave hmoty nazývanej ako kvantová rotačná kvapalina, ktorá by tieto pravidlá nedodržiavala. Keď sa materiál ochladí, nevytvorí pevnú látku a čo je dôležité, elektróny by sa nestabilizovali do vysoko usporiadaného stavu. Namiesto toho by sa neustále prepínali, zapletali by sa do seba v komplexnom kvantovom stave.

Teraz sa tímu vedcov z Harvadrovej univerzity po prvýkrát podarilo vytvoriť a pozorovať kvantovú rotačnú kvapalinu. Vedci na to použili programovateľný kvantový simulátor, ktorý vyvinuli pred niekoľkými rokmi a ktorý pomocou laserov umiestni 219 atómov do mriežky. Vlastnosti týchto atómov môžu byť pritom starostlivo manipulované, vrátane rotácie ich elektrónov.

Výskumníci z Harvardu Michail Lukin (vľavo) a Giulia Semeghini (vpravo) viedli tím, ktorý po prvýkrát pozoroval exotický stav hmoty nazývaný ako kvantová rotačná kvapalina.

Pre túto štúdiu tím usporiadal atómy do trojuholníkovej mriežky, čo znamená, že každý má dvoch bezprostredných susedov. Pár elektrónov sa môže magneticky stabilizovať jedným alebo druhým spôsobom, pretože ich rotácie sa môžu buď zarovnať, alebo striedať, no tretí elektrón túto rovnováhu naruší a vytvorí takzvaný „frustrovaný magnet“, ktorý sa nemôže usadiť.

Výsledná kvantová rotačná kvapalina vykazuje niekoľko užitočných kvantových javov, ako je zapletenie, kedy sa atómy môžu navzájom ovplyvňovať na veľké vzdialenosti a dokonca „teleportovať“ informácie, či kvantová superpozícia, kedy atómy môžu existovať vo viacerých stavoch naraz. Oba javy sú užitočné pri budovaní kvantových počítačov, ktoré by mali byť odolnejšie voči vonkajšiemu rušeniu.

Vedci hovoria, že ukazujú úplne prvé kroky, ako vytvoriť tento topologický qubit, no stále je potrebné demonštrovať, ako sa môže dať skutočne zakódovať a ako sa s ním môže manipulovať. Teraz je teda toho na preskúmanie oveľa viac.

Výskum bol publikovaný v magazíne Science.