Stvoreni su egzotični novi oblici materije koji ne postoje u normalnim uslovima

Nova studija kvantne fizike otkriva da jednostavno menjanje magnetnog polja tokom vremena može otključati potpuno nove oblike materije koji ne postoje u normalnim uslovima.

Pažljivo „pomerajući“ materijale tempiranim magnetnim promenama, istraživači su stvorili egzotična kvantna stanja koja bi mogla biti mnogo stabilnija i otpornija na greške — jedan od najvećih izazova u kvantnom računarstvu. Ovo sugeriše da budućnost kvantne tehnologije možda zavisi ne samo od sastava materijala, već i od toga kako se njima manipuliše u vremenu.

Preporučujemo

Uveliko se očekuje da će kvantna tehnologija transformisati način procesuiranja velikih i složenih skupova podataka. Iako se trenutno uglavnom koristi u laboratorijama i istraživačkim okruženjima, oblast se postojano kreće ka primenama u stvarnom svetu u nizu industrija.

U nedavnoj studiji koja istražuje osnove kvantne fizike, istraživači su ispitali kako se materija ponaša u ekstremno malim razmerama, uključujući atome, elektrone i fotone. Rad na Kalifornijskom politehničkom državnom univerzitetu fokusirao se na to kako varijacija magnetnog polja tokom vremena može dovesti do toga da materija ispolji neobična i ranije neviđena svojstva.

Istraživanje pokazuje da kad se magnetna polja menjaju na kontrolisan, vremenski određen način - mogu da generišu kvantna stanja koja ne postoje u materijalima koji ostaju nepromenjeni tokom vremena (ostajući u istom stanju dok vreme prolazi).

„Ovo je napredak u našem razumevanju kako vremenski zavisna kontrola može stvoriti i organizovati nove oblike kvantne materije“, kažu istraživači. „Centralna ideja je da korisna kvantna svojstva mogu da zavise ne samo od materijala, već i od toga kako se njim upravlja u vremenu. U našem slučaju, pokazujemo da periodična promena magnetnog polja može proizvesti upravljane kvantne faze bez statičkog ekvivalenta”.

Ka stabilnijim kvantnim tehnologijama

Pažljivo tempirajući kako su magnetna polja primenjena, naučnici mogu da dizajniraju kvantne sisteme sa svojstvima koja su stabilnija i manje podložna „šumu“ ili nesavršenostima. Ovi poremećaji su veliki problem u kvantnoj tehnologiji i često dovode do grešaka u kalkulacijama ili performansama sistema.

Iako tehnički detalji mogu biti teški za objašnjavanje izvan ove oblasti, širi koncept je jasan. Nalazi sugerišu nove načine za stvaranje i proučavanje ovih neobičnih kvantnih stanja u kontrolisanim okruženjima kao što su eksperimenti sa ultrahladnim atomima.

„Najdirektniji industrijski značaj naša studija ima za kvantno računarstvo i kvantnu simulaciju, a ne za specifičnu krajnju upotrebu, u ovoj fazi“, kažu naučnici. „Bilo koji uticaj na oblasti kao što su farmaceutika, finansije, proizvodnja ili aerokosmička industrija verovatno bi bio indirektan, doprinoseći dugoročnijem razvoju boljih kvantnih tehnologija. Da bi se prešlo na industrijsku upotrebu, sledeći koraci bi bili eksperimentalna validacija i dalji rad koji povezuje ove ideje sa realističnim platformama kvantnih uređaja”.

Novi matematički obrasci u kvantnim sistemima

Pored stvaranja novih kvantnih stanja, istraživanje je takođe identifikovalo matematički organizacioni princip koji odražava obrasce obično prisutne u kvantnim sistemima viših dimenzija. Ovo sugeriše da relativno jednostavni sistemi vođeni promenljivim uslovima mogu obezbediti nove načine za istraživanje složenije kvantne fizike.

Istraživači su takođe mapirali kako se formiraju ova egzotična stanja, otkrivajući preciznu strukturu u topološkom faznom dijagramu sistema. Ovaj dijagram služi kao vizuelni vodič za različite stabilne kvantne faze, od kojih je svaka definisana fiksnim topološkim svojstvima.

Zašto je kvantna kontrola važna za računarstvo

Kvantna mehanika omogućava računarskim sistemima da obrađuju informacije na načine koji uveliko prevazilaze mogućnosti klasičnih računara. Ovi sistemi mogu da izvode simulacije velikih razmera, analiziraju ogromne skupove podataka i efikasnije rešavaju složene probleme.

Magnetna polja igraju centralnu ulogu u ovom procesu. Obično se koriste za kontrolu i merenje kvantnih bitova (ili kubita), fundamentalnih jedinica kvantnih informacija. Kubiti su uporedivi sa vrednostima 0 i 1 u klasičnom računarstvu za predstavljanje fizičkih električnih stanja.

(Telegraf Nauka/Science Daily)