مشاهده مایع اسپین کوانتومی توسط دانشمندان هاروارد

به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد به نقل از هاروارد یک حالت عجیب و غریب از ماده که در ابتدا تقریباً ۵۰ سال پیش فرض شده بود، برای اولین بار مشاهده شد. این ماده به نام مایع اسپین کوانتومی که توسط محققان هاروارد ساخته شده است، می تواند در بهبود رایانه های کوانتومی موثر باشد.

برای اینکه مواد مغناطیسی شوند، اسپین‌های الکترون‌های موجود در ماده باید به شدت مرتب شوند. رایج‌ترین نوع مغناطیس به این دلیل کار می‌کند که اسپین تمام الکترون‌های موجود در ماده در یک جهت قرار دارند. انواع دیگری از مغناطیس می‌تواند زمانی ایجاد شود که اسپین‌های الکترون‌های همسایه به طور متناوب به بالا و پایین در یک الگوی جعبه بررسی می‌شوند. تا زمانی که نظم وجود داشته باشد، همچنان کار می‌کند.

اما در سال ۱۹۷۳، فیلیپ اندرسون، فیزیکدان، حالتی از ماده به نام مایعات اسپین کوانتومی را فرض کرد که از این قوانین پیروی نمی‌کند. وقتی مواد سرد می‌شد، یک جامد تشکیل نمی‌داد و مهمتر از همه، الکترون‌های آن‌ها در حالت بسیار منظم تثبیت نمی‌شدند. در عوض، آنها دائماً در حال جابجایی هستند و در یک حالت کوانتومی پیچیده با یکدیگر درگیر می‌شوند.

مایع اسپین کوانتومی چگونه مشاهده شد؟

اکنون تیمی از دانشمندان به رهبری هاروارد برای اولین بار مایع اسپین کوانتومی را ایجاد و مشاهده کرده‌اند. برای انجام این کار، محققان از یک شبیه‌ساز کوانتومی قابل برنامه‌ریزی که چند سال پیش ساخته بودند استفاده کردند که با استفاده از لیزر، ۲۱۹ اتم را در یک شبکه معلق می‌کند. خواص این اتم‌ها را می‌توان با دقت دستکاری کرد، از جمله اسپین‌های الکترون‌های آنها.

برای این مطالعه، تیم اتم‌ها را در یک شبکه مثلثی مرتب کرد، به این معنی که هر یک دو همسایه مستقیم دارند. یک جفت الکترون می‌توانند به‌صورت مغناطیسی تثبیت شوند. زیرا اسپین‌های آن‌ها می‌توانند هم‌تراز یا متناوب باشند. اما داشتن چرخ سوم این تعادل را از بین می‌برد و «آهنربای سرخورده» ایجاد می‌کند که نمی‌تواند ته‌نشین شود.

مایع اسپین کوانتومی حاصل، چند پدیده کوانتومی مفید را نشان می‌دهد. مانند درهم تنیدگی، که در آن اتم‌ها می‌توانند در فواصل وسیع و حتی اطلاعات «تله‌پورت» روی یکدیگر تأثیر بگذارند؛ و برهم‌نهی کوانتومی، که در آن اتم‌ها می‌توانند در چندین حالت به طور همزمان وجود داشته باشند. هر دوی اینها برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی مفید هستند که باید در برابر تداخل خارجی انعطاف پذیرتر باشند.

Giulia Semeghini، نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید:

«ما اولین گام‌ها را در مورد نحوه ایجاد این کیوبیت توپولوژیکی نشان می‌دهیم، اما هنوز باید نشان دهیم که چگونه می‌توانید آن را رمزگذاری و دستکاری کنید. “اکنون چیزهای بیشتری برای کشف وجود دارد.“