.){kind=link}
For første gang oppdaget forskere i laboratoriet en lenge forutsagt, men tidligere usett tilstand av materie. Ved å skyte en laser mot et ultrakaldt gitter av rubidiumatomer, tvang forskere atomene inn i en rotete suppe av kvanteusikkerhet kjent som kvante spinntetthet (væske).
Hypotesen om eksistensen av kvantespinntetthet - en sjelden tilstand av materie der langdistansemagnetisk orden ikke dannes ved null temperatur - ble foreslått tilbake i 1973. Men det var først nylig at forskere først observerte en kvantespinnvæske under laboratorieforhold.
Den "flytende" delen tilhører elektroner som hele tiden forandrer seg og oscillerer inne i det magnetiske materialet ved lave temperaturer. I motsetning til vanlige magneter, stabiliserer ikke elektronene seg i dette tilfellet og legger seg ikke i det strukturerte gitteret til den faste kroppen ved avkjøling. Nå som denne tilstanden er registrert, håper man at oppdagelsen vil fremskynde utviklingen av kraftige kvantedatamaskiner.
"Dette er et veldig spesielt øyeblikk på dette feltet," sier kvantefysiker Mykhailo Lukin fra Harvard University i Massachusetts. "Du kan faktisk berøre og til og med stikke inn i denne eksotiske tilstanden, manipulere den for å forstå dens egenskaper ... det er en ny tilstand av materie som folk aldri har vært i stand til å observere før."
Konvensjonelle magneter inneholder elektroner hvis spinn er orientert i samme retning opp eller ned som skaper magnetisme. I kvantespinnvæsker introduseres et tredje elektron, så mens to motsatte spinn stabiliserer hverandre, bryter spinnet til det tredje elektronet likevekten. Dette skaper en "uordnet" magnet hvor alle spinnene ikke kan stabilisere seg i samme retning.
For å lage sitt eget uordnede gittermønster, brukte teamet en programmerbar kvantesimulator bygget i 2017. Simulatoren bruker et kvantedataprogram for å holde atomer i vilkårlige former med lasere – som firkanter, trekanter eller honeycombs – og kan brukes til å designe ulike kvanteinteraksjoner og prosesser. Simulatoren bruker tett fokuserte laserstråler for å ordne atomene individuelt, og ved å arrangere rubidium-atomene i et trekantet mønstret gitter, klarte forskerne å lage en ustabil magnet med egenskapene til kvantesammenfiltring – der endringer i ett atom faller sammen med et andre sammenfiltret atom.
Bindingene mellom atomene indikerte at det faktisk var skapt en kvantespinntetthet.
"Du kan skyve atomene så langt du vil, du kan endre frekvensen til laseren, du kan virkelig endre parametrene til naturen på en måte som du ikke kunne i materialet der disse tingene ble studert før," sier quantum fysiker Subir Sachdev fra Harvard University. "Her kan du se på hvert atom og se hva det gjør."
Kvantedatamaskiner er bygget på kvantebiter, eller qubits, og man håper at kvantespinnvæsker vil bidra til å utvikle topologiske qubits som er bedre beskyttet mot ekstern støy og interferens.
Les også: