Исследователи из Ратгерского университета в Нью-Брансуике создали «невозможную» квантовую структуру, которая может проложить путь к новым разработкам в области стабильных и сложных квантовых компьютеров.
Инновационный метод разработки и производства атомно-слоистых сэндвичей, содержащих титанат диспрозия и пирохлор иридия, может объединить уникальные свойства каждого материала. Если изготовление материала выходит за рамки существующих производственных возможностей или не ведет себя так, как ожидалось, его называют «невозможным». В обоих случаях их свойства бросают вызов нашему современному пониманию квантовой физики.
Q-DiP — прорыв в инновациях
Новое исследование под руководством профессора Ратгерского университета Джака Чахаляна показало, что , на что ушло четыре года. В 2023 году его команда разработала новый инструмент — платформу квантовых открытий (Q-DiP) — для создания «атомного сэндвича». Q-DiP состоит из двух лазеров: один для нагрева и один для сборки материалов на атомном уровне. Комбинированное использование лазеров позволяет изучать материалы при температурах, близких к абсолютному нулю.
Граница, где встречаются две «невозможные» субстанции на атомном уровне, представляет собой странный новый рубеж в квантовой механике — науке, изучающей движение и взаимодействие субатомных частиц. Объединение двух таких материалов в необычную структуру открывает новые возможности для квантовых компьютеров и датчиков.
Суперпозиция — одно из странных явлений квантовой механики, позволяющее квантовому биту находиться в нескольких состояниях одновременно. Эта способность лежит в основе квантовых вычислений, позволяя выполнять эффективные и сложные вычисления.
Еще одной важной темой квантовой механики является корпускулярно-волновой дуализм — явление, при котором объекты могут вести себя одновременно и как волны, и как частицы.
Обратите внимание: Все больше украинцев обучаются в польских университетах. После окончания школы они хотели бы уехать дальше на Запад.
Эта двойственность уже играет ключевую роль в лазерных, транзисторных и магнитно-резонансных технологиях и позволит будущим квантовым компьютерам иметь гораздо большую сложность.Однополярные магниты
Титанат диспрозия, также известный как спиновый лед, обладает уникальными свойствами, которые можно использовать для создания неуловимых магнитных монополей посредством квантовых взаимодействий и для улавливания излучения в ядерных реакторах. Магнитные монополи возникают из-за крошечных магнитов, встроенных в структуру материала и расположенных по схеме, схожей с схемой водяного льда.
Магнитный монополь — загадочная частица, которая не существует в природе в свободном виде, но существование которой было предсказано лауреатом Нобелевской премии Полем Дираком в 1931 году. Их называют «монополями», потому что у них есть только один полюс (северный или южный), в то время как у обычных магнитов их два.
Необычные квантовые свойства
Магнитные полуметаллические пирохлориридаты обладают необычными электронными, топологическими и магнитными свойствами и представляют интерес прежде всего для экспериментальных исследований.
В 1929 году, за два года до Дирака, Герман Вейль предсказал теоретическую частицу — фермион Вейля. Однако только в 2015 году ученые обнаружили эту релятивистскую частицу в кристалле. Фермионы Вейля движутся подобно свету, могут вращаться влево или вправо и обладают высокой устойчивостью к возмущениям. Они придают пирохлориридию его превосходную электропроводность и необычную реакцию на магнитные поля, а также его особые эффекты в отношении электромагнитных полей.
Будущее квантовых вычислений
«Это исследование открывает новый способ создания полностью искусственных двумерных квантовых материалов, которые могли бы продвинуть квантовые технологии и обеспечить более глубокое понимание их фундаментальных свойств способом, который ранее был невозможен», — сказал Чахалян.
Экзотический материал, разработанный командой Чахаляна, сочетает в себе высокую стабильность с необычными состояниями, что может стать крупным прорывом в области квантовых вычислений. Хотя квантовые компьютеры все еще находятся на начальной стадии развития, исследователи полагают, что в конечном итоге они произведут революцию в обработке информации и ускорят развитие искусственного интеллекта и других научных областей.
Он сказал: «Это исследование является крупным достижением в области синтеза материалов и окажет значительное влияние на создание квантовых датчиков и разработку спинтронных устройств.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.