Учени създадоха екзотични форми на материята, които не би трябвало да съществуват

Очаква се квантовите технологии да преобразят обработката на големи и сложни масиви от данни. Въпреки че понастоящем те се използват предимно в лаборатории, тази област постепенно се насочва към реални приложения в различни отрасли.

В скорошно проучване, посветено на основите на квантовата физика, учените изследваха как се държи материята в изключително малки мащаби, включително атоми, електрони и фотони. Работата, ръководена от лектора от Факултета по физика на Калифорнийския политехнически университет (Cal Poly) Иън Пауъл беше фокусирана върху това как промяната на магнитното поле във времето може да накара материята да прояви необичайни и невиждани досега свойства.

Пауъл и студентът-изследовател Луи Бухалтер публикуваха резултатите си в списание Physical Review B в статия, озаглавена „Flux-Switching Floquet Engineering“. Изследването им показва, че при контролирано променяне на магнитните полета във времето могат да се генерират квантови състояния, които не съществуват в материали, оставащи непроменени с течение на времето.

„В глобален мащаб бих описал това като напредък в разбирането ни за това как управлението с времева зависимост може да създава и организира нови форми на квантовата материя. Основната идея е, че полезните квантови свойства могат да зависят не само от състава на материала, но и от това как се управлява той във времето. В нашия случай показваме, че периодичната промяна на магнитното поле може да създава управляеми квантови фази, които нямат статичен аналог.“

каза Пауъл

Пътят към по-стабилни квантови технологии

Чрез внимателно изчисляване на времето за прилагане на магнитни полета, учените могат да създават квантови системи със свойства, които са по-стабилни и по-малко податливи на „шум“ или несъвършенства. Тези смущения представляват сериозен проблем в квантовата технология, като често водят до грешки в изчисленията или производителността на системата.

Пауъл отбеляза, че макар техническите детайли да са трудни за обяснение извън тази област, общата концепция е ясна. Резултатите сочат нови начини за създаване и изучаване на тези необичайни квантови състояния в контролирани условия, като например експерименти с ултрастудени атоми.

Нови математически закономерности в квантовите системи

Освен създаването на нови квантови състояния, изследването разкри и математически организиращ принцип, който отразява закономерности, обичайно срещани в квантови системи с по-големи размери. Това предполага, че относително прости системи, управлявани от променящи се условия могат да предоставят нови начини за изучаване на по-сложната квантова физика.

Екипът също така очерта как се формират тези екзотични състояния, като разкри точната структура в топологичната фазова диаграма на системата. Тази диаграма служи като визуално ръководство за различните стабилни квантови фази, всяка от които се определя от фиксирани топологични свойства.

Защо квантовият контрол е важен за изчисленията

Квантовата механика позволява на изчислителните системи да обработват информация по начини, които значително надхвърлят възможностите на класическите компютри. Тези системи могат да извършват мащабно моделиране, да анализират огромни масиви от данни и да решават сложни проблеми по-ефективно.

Магнитните полета играят централна роля в този процес. Те обикновено се използват за управление и измерване на кубитите – фундаменталните единици на квантовата информация. Кубитите са сравними с единиците 0 и 1 в класическите изчисления, използвани за представяне на физическите електрически състояния.