Oamenii de știință observă o nouă fază cuantică care ar putea avea implicații majore pentru calculul cuantic

Cercetătorii au observat un fenomen cuantic evaziv care a fost prezis pentru prima dată cu mai bine de 50 de ani în urmă. Acest proces, care formează o nouă stare de materie, poate avea ramificări pentru viitor Calculare cuantică.

Faza, numită tranziție de fază superradiantă (SRPT), este rezultatul a două grupuri independente de particule cuantice care încep să fluctueze într -un mod care este atât coordonat, cât și colectiv, au spus oamenii de știință într -un nou studiu publicat pe 4 aprilie în revista Progrese științifice.

În acest caz, cele două grupuri de particule au fost ioni de fier și ioni erbium în interiorul unui cristal. Cercetătorii au fost capabili să inducă fenomenul aplicând un câmp magnetic -de peste 100.000 de ori mai puternic decât cel al Pământului -pe un cristal format din erbium, fier și oxigen după răcirea acestuia la -457 ° F (-271,67 ° C), temperaturi care se apropie Absolut Zero.

În aceste condiții, echipa a putut observa semnături inconfundabile ale unui SRPT în cristal. Observațiile lor se potriveau exact cu predicțiile despre cum ar arăta un SRPT în conformitate cu un model celebru formulat de Robert H. Dicke în 1954.

Așa-numitul Modelul Dicke a fost primul care a descris fenomenul superradierii – unde atomii excitați emit lumină mai repede decât atomii normali – și au pus bazele înțelegerii tranziției de fază superradiantă ca o stare distinctă de materie care rezultă din interacțiuni puternice între lumină și materie. A fost elaborat în continuare de Klaus Hepp și Elliot H. Lieb în 1973 care a demonstrat formal existența acestei tranziții de fază.

Înrudite: Oamenii de știință guvernamentali descoperă o nouă stare de materie care este „jumătate de gheață, jumătate de foc”

„Inițial, SRPT a fost propus ca provenind din interacțiunile dintre fluctuațiile cuantice de vid-câmpuri de lumină cuantică existente în mod natural chiar și în spațiul complet gol-și fluctuațiile materiei”, a declarat co-lead Author Dasom Kimstudent la doctorat în fizică aplicată la Universitatea Rice, într -un declaraţie. „Cu toate acestea, în activitatea noastră, am realizat această tranziție prin cuplarea a două subsisteme magnetice distincte – fluctuațiile de rotire ale ionilor de fier și ale ionilor erbium în cadrul cristalului”.

Spinul descrie momentul unghiular al unei particule sau atom elementare. Dictează comportamentul în câmpurile magnetice și este important pentru determinarea proprietăților statistice ale colecțiilor de particule, care, la rândul lor, influențează structura materiei și natura forțelor fundamentale. Atunci când excitația creată prin fluctuații termice, alternarea câmpurilor magnetice sau a altor surse provoacă o perturbare asemănătoare unui val pe un model de rotiri dintr-un material, se numește magnon.

În trecut, SRPT a fost marcat o „teoremă no-go” pentru că a încălcat un Limitarea fundamentală a sistemelor bazate pe lumină. Dar crearea unei versiuni magnonice a fenomenului a permis echipei să ocolească această restricție. În experimentul lor, magnonii ionilor de fier joacă rolul ocupat în mod normal de fluctuații de vid, iar rotirile ionilor Erbium se completează pentru fluctuațiile materiei.

Cercetătorii au reușit să observe clar dispariția semnalului energetic al unui mod spin și o schimbare în cealaltă – dovezi inconfundabile ale unui SRPT.

„Am stabilit o cuplare ultrastrong între aceste două sisteme de rotire și am observat cu succes un SRPT, depășind constrângerile experimentale anterioare”, a spus Kim.

Caracteristicile unice ale unui SRPT ar putea avea implicații importante pentru un număr divers de tehnologii cuantice. Acest lucru se datorează unui fenomen numit stoarcere cuantică, unde fluctuațiile sunt reduse într -o proprietate măsurabilă a unui sistem cuantic sub limita cuantică standard (deși fluctuațiile cresc în altă proprietate).

„În apropierea punctului critic cuantic al acestei tranziții, sistemul stabilizează în mod natural stările cuantice cuantice-unde zgomotul cuantic este redus drastic-îmbunătățirea considerabilă a preciziei de măsurare”, a spus Kim în declarație. „În general, această perspectivă ar putea revoluționa senzorii cuantici și tehnologiile de calcul, avansând semnificativ fidelitatea, sensibilitatea și performanța lor.”

Există avantaje suplimentare dincolo de precizia măsurătorilor cuantice și a calculelor din cauza unei stări SRPT cu cuantică, de asemenea. Deoarece SRPT provine din comportamentul colectiv al multor particule cuantice, acesta ar putea oferi o formă de protecție încorporată împotriva erorilor individuale de qubit și decoerență, care sunt obstacole majore în calculul cuantic curent. Comportamentul sincronizat ar putea duce la qubit -uri mai robuste și stabile, cu timpi de coerență mai lungi. De asemenea, este posibil ca interacțiunile puternice și coerente din cadrul unui SRPT să conducă la porți mai rapide (blocurile de construcție ale algoritmilor cuantici).

Alan este un jurnalist independent de tehnologie și divertisment, specializat în calculatoare, laptopuri și jocuri video. El a scris anterior pentru site -uri precum PC Gamer, GamesRadar și Rolling Stone. Dacă aveți nevoie de sfaturi despre tehnologie sau de ajutor pentru a găsi cele mai bune oferte tehnologice, Alan este omul tău.