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科学者たちは、長い間予測されていたが、これまで見られなかった物質の状態を実験室で初めて発見しました。 科学者たちは、ルビジウム原子の超低温格子にレーザーを照射することで、原子を量子不確実性の乱雑なスープとして知られる状態に追い込みました。 量子 スピン密度 (液体).
ゼロ温度では長距離磁気秩序が形成されない物質のまれな状態である量子スピン密度の存在の仮説は、1973年に提案されました。 しかし、科学者が実験室の状態で量子スピン液体を最初に観察したのはごく最近のことでした。
「液体」の部分は、低温で磁性体の内部で絶えず変化し、振動している電子に属します。 通常の磁石とは異なり、この場合、電子は安定せず、冷却時に固体の構造格子に落ち着きません。 この状態が記録された今、この発見が強力な量子コンピューターの開発を加速することが期待されています。
「これは、この分野における非常に特別な瞬間です」と、マサチューセッツ州のハーバード大学の量子物理学者 Mykhailo Lukin は言います。 「このエキゾチックな状態に実際に触れたり、突き刺したり、操作してその特性を理解することができます。これは、人々がこれまで観察できなかった物質の新しい状態です。」
従来の磁石には電子が含まれており、そのスピンは磁気を生み出す上向きまたは下向きと同じ方向を向いています。 量子スピン液体では、 番目の電子が導入されるため、 つの反対のスピンが互いに安定する一方で、 番目の電子のスピンが平衡を破ります。 これにより、すべてのスピンが同じ方向に安定しない「無秩序な」磁石が作成されます。
独自の無秩序格子パターンを作成するために、チームは 2017 年に構築されたプログラム可能な量子シミュレーターを使用しました。 このシミュレーターは、量子コンピューター プログラムを使用して、原子をレーザーで任意の形状 (正方形、三角形、ハニカムなど) に保持し、さまざまな量子相互作用やプロセスの設計に使用できます。 シミュレーターは、厳密に集束されたレーザービームを使用して原子を個別に配置し、ルビジウム原子を三角パターンの格子に配置することで、研究者は量子エンタングルメントの特性を持つ不安定な磁石を作成することができました - つの原子の変化が一致する場所 番目の絡み合った原子と。
原子間の結合は、量子スピン密度が実際に作成されたことを示しました。
「原子を好きなだけ動かすことができます。レーザーの周波数を変えることができます。以前に研究されていた物質ではできなかった方法で、自然のパラメーターを実際に変えることができます」と量子は言います。ハーバード大学の物理学者スビル・サッチデフ。 「ここでは、各原子を見て、それが何をしているかを見ることができます。」
量子コンピューターは量子ビット、またはキュービット上に構築されており、量子スピン流体が、外部ノイズや干渉からより適切に保護されたトポロジカル キュービットの開発に役立つことが期待されています。
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