Физики впервые воспроизвели уникальное состояние материи — спиновую жидкость

Группа физиков из Гарвардского университета под руководством профессора Михаила Лукина создала рукотворную спиновую жидкость — чрезвычайно редкое в природе состояние вещества. Это не жидкость в обычном понимании. Это особое состояние электронов в веществе, при котором поведение элементарных частиц такое же, как в жидких средах. Физики не только воспроизвели такое состояние, но также показали, что им можно управлять.

Источник изображения: Pixabay

 

Главная проблема квантовых компьютеров заключается в чрезвычайно неустойчивом состоянии кубитов. Чтобы защитить кубит от случайного переключения его необходимо изолировать от механических, электрических, магнитных, тепловых и других воздействий, что достигается, в том числе, охлаждением до температур вблизи абсолютного нуля. В 1997 году физик Алексей Китаев предложил теорию создания так называемых топологических кубитов. Суть идеи Китаева в том, чтобы создать такую систему, в которой любой воздействие на кубиты никак не меняло бы их топологию.

Китаевым кандидатами на топологические кубиты были назначены такие квазичастицы, как анионы (не путать с отрицательно заряженными ионами) и майорановские фермионы. Физик создал точную аналитическую модель поведения таких квазичастиц и, в целом, модель поведения спиновых жидкостей. Это надёжная и работающая теория, в рамках которой можно создавать, изучать и повторять состояния вещества, которого в природе учёные практически не находят. Ключевое здесь — создавать и управлять, что даёт надежду на появление нового класса квантовых вычислителей.

Группа Лукина как раз создала такую спиновую жидкость. Спины электронов в состоянии спиновой жидкости не поддаются упорядочиванию даже при сверхнизких температурах, но при этом они остаются связанными. В веществе возникают островки с коллективными запутанными состояниями электронов. По сути — это образование квазичастиц и путь к топологическим кубитам с естественной защитой от ошибок. Об исследовании учёные сообщили в статье в издании Science.