Прогресс в квантовой физике указывает на возможность существования экзотических состояний материи, таких как квантовая спиновая жидкость. Квантовые компьютеры, способные гибко управлять взаимодействиями между кубитами, рассматриваются как инструмент не только для моделирования, но и для фактического «открытия» или создания материалов с принципиально новыми свойствами. Одной из ключевых целей является понимание и воспроизведение сложных квантовых явлений, например, высокотемпературной сверхпроводимости.
Традиционные теоретические модели в физике конденсированного состояния часто ограничиваются изучением упорядоченных кристаллических решёток с локальными взаимодействиями и высокой симметрией. В таких системах частицы влияют в основном на своих ближайших соседей.
"Однако современные экспериментальные платформы, такие как симуляторы на ридберговских атомах, ломают эти рамки", — отмечают авторы исследования, опубликованного на arXiv. Используя оптические пинцеты, учёные могут произвольно располагать отдельные атомы, между которыми возникают сильные взаимодействия. Главным технологическим вызовом остаётся короткое время жизни возбуждённых состояний таких атомов, исчисляемое микросекундами, что ограничивает продолжительность экспериментов.
Квантовые компьютеры предлагают уникальную возможность преодолеть принцип локальности, присущий природным материалам. Они позволяют искусственно создавать связи между любыми частицами системы, не ограничиваясь их пространственной близостью. Это открывает путь к конструированию материи с геометрией, не встречающейся в обычных условиях.
Новый подход: теория графов в квантовых системах
Группа исследователей под руководством Джозефа Тиндалла из Оксфордского университета поставила задачу выйти за пределы стандартных моделей твёрдых тел.
Обратите внимание: США делают ставку на квантовые компьютеры.
Для этого они разработали математический аппарат, описывающий системы квантовых частиц, способных взаимодействовать по произвольным схемам, а не только с ближайшим окружением."Вдохновлённые прогрессом в контроле над взаимодействиями и геометрией в симуляторах многих тел, мы исследуем спиновые системы на произвольных графах", — поясняют учёные. Теория графов, широко применяемая в компьютерных науках, изучает сети и связи между объектами. Её применение к квантовым системам — инновационный шаг, позволяющий проектировать типы связности, нетипичные для природных материалов, и проверять, могут ли такие системы физически существовать.
В рамках этой модели были обнаружены особые геометрические структуры, где некоторые частицы оказывались сильно связаны с удалёнными «соседями», в то время как другие оставались относительно изолированными. Это привело к необычным изменениям коллективных магнитных свойств системы. Хотя практическая реализация таких структур в классических материалах пока под вопросом, квантовый компьютер потенциально может стать платформой для их создания «в железе».
Исследователи полагают, что управление подобными экзотическими связями между частицами может привести к возникновению желаемых макроскопических свойств, таких как сверхпроводимость — способность материала проводить электрический ток без сопротивления, что критически важно для создания мощных магнитов и эффективной электроники.
Работа находится на ранней стадии. Предстоит решить множество вопросов, в частности, как такие искусственные системы будут вести себя во времени и как учесть реальные физические расстояния между частицами, а не только факт связи между ними.
Источник: new-science.ru
#наука #квантовыйкомпьютер #в мире #новости #физика #химия #достижения науки #эксперимент #материаловедение #новыематериалы
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Квантовые компьютеры могут "открыть" новые формы материи.