Novo objavený stav hmoty môže spôsobiť prelom v oblasti kvantových počítačov

Výskumný tím z Harvardu zdokumentoval nový stav hmoty, ktorý by mohol priniesť pokrok v kvantovej technológii. Článok o svojom objave uverejnili v recenzovanom časopise Science začiatkom decembra. Nový stav hmoty nazvali kvantová spinová kvapalina. Má špeciálne vlastnosti, ktoré vytvárajú kvantové prepojenie na veľké vzdialenosti. Ide o jav, pri ktorom sú stavy častíc spojené, aj keď sú častice oddelené veľkou vzdialenosťou. Kvantovú spinovú kvapalinu prvýkrát predpovedal fyzik Philip W. Anderson v roku 1973, ale nikdy nebola pozorovaná pri experimentoch.

Výskumníci z Harvardu sa rozhodli pre nový prístup a pokúsili sa tento stav hmoty vytvoriť namiesto toho, aby sa ho snažili nájsť v existujúcich systémoch. Výskumníci sa rozhodli použiť „programovateľný kvantový simulátor“, kvantový počítač, ktorý používa lasery na reprodukciu fyzikálneho prostredia a manipuláciu s atómami, aby úspešne vytvorili kvantovú spinovú kvapalinu. Simulátor im umožňuje umiestňovať a formovať atómy do ľubovoľnej podoby. Kvantová spinová kvapalina má magnetické vlastnosti, pretože jej atómy sa zapletajú a materiál prúdi a mení sa.

Zatiaľ čo v bežnom magnete sa všetky spiny elektrónov zarovnajú do veľkých vzorov, kvantové spinové kvapaliny majú tretí spin, ktorý vytvára trojuholníkový alebo mriežkový vzor. Tento rozdiel bráni spinom stabilizovať sa v akomkoľvek konkrétnom smere, pričom tri elektróny sa navzájom neustále nútia meniť smer rotácie. Výskumníci použili simulátor na vytvorenie mriežkového vzoru, umiestnili doň atómy a sledovali ich interakcie. Štandardné kvantové počítače fungujú na základe kvantových bitov (qubitov), ktoré sú veľmi krehké oproti vonkajším vplyvom.

Kvantové spinové kvapaliny by to mohli zmeniť a umožniť vytvorenie „topologického qubitu“, ktorý uchováva informácie v podobe systému, a nie v stave jednej častice. Keďže topológiu je veľmi ťažké narušiť, takýto qubit by bol veľmi odolný proti chybám. Naučiť sa vytvárať a používať takéto topologické qubity by predstavovalo významný krok k realizácii spoľahlivých kvantových počítačov.

Zdroj: jpost.com.