Квантовая спин-жидкость

20.12.2021

Новое экзотическое состояние материи, возможность существования которого была обоснована теоретически более 50 лет назад, впервые в истории было получено в лабораторных условиях. Созданный исследователями из Гарвардского университета, этот материал называется квантовой спин-жидкостью, а его дальнейшее изучение и использование позволит создать ряд новых технологий, способных оказать большое влияние на дальнейшее развитие квантовых вычислений и коммуникаций.

Для того, чтобы какой-нибудь материал обладал магнитными свойствами требуется, чтобы вращение электронов атомов этого материала было выровнено в одном направлении. Несколько иные типы магнетизма могут наблюдаться, когда вращение электронов в материале чередуется, подобно клеткам шахматной доски, тем не менее, такие материалы все еще обладают экзотическими магнитными свойствами за счет упорядоченности спинов электронов.

В 1973 году американский физик Philip Anderson (Philip Anderson) выдвинул гипотезу о возможности существования состояния материи, называемого квантовой спин-жидкостью, которая не подчиняется описанным чуть выше правилам. Такая жидкость возникает при охлаждении материи до такого состояния, когда она еще не превращается в твердое тело и электроны не занимают строго заданное положение и, как следствие, не выравнивают свои спины в одном направлении. Вместо этого спины электронов находятся в постоянном движении, они все запутываются друг с другом, образуя очень сложное единое квантовое состояние.

Для создания квантовой спин-жидкости гарвардские исследователи использовали так называемый квантовый симулятор, что-то вроде примитивного квантового компьютера, ориентированного на решение только одной единственной задачи. Основу этого симулятора составляют 219 атомов, расположенных в узлах сетки оптической ловушки, созданной с помощью лазерных лучей. Кроме этого, при помощи света дополнительных лазеров можно управлять каждым из атомов, меняя направление спина его электрона.

Ученые расположили атомы в ловушке в виде решетки, в среде которой у каждого из атомов имеется два ближайших соседа. Пара электронов может стабилизироваться и выровнять значения их спинов, но присутствие электрона третьего соседнего атома разрушает баланс, создавая то, что ученые называют "разбитым магнитом", магнитом, который не в состоянии стабилизироваться самостоятельно.

И в результате все эти атомы сформировали некоторое количество квантовой спин-жидкости, обладающей несколькими полезными квантовыми свойствами. Первое, атомы жидкости находятся в запутанном состоянии, они могут влиять друг на друга даже на большом расстоянии, что можно использовать для осуществления телепортации квантовой информации. Вторым свойством является то, что все атомы жидкости находятся в состоянии суперпозиции, т.е. их электроны могут вращаться сразу в двух направлениях. Оба этих свойства являются основными "причудами" квантовой механики, которые используются сегодня для создания квантовых компьютеров.

<< Назад: Бумажные батареи 21.12.2021

>> Вперед: Переработка углекислого газа в ракетное топливо 20.12.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Спасение коралловых рифов пересадкой доноров 10.12.2024

Ученые из Университета Бар-Илана предложили пересаживать фрагменты экосистемы здорового коралла на поврежденный. В результате здоровая экосистема помогает кораллу восстановиться. В новом исследовании был применен метод "пересадки экосистемы кораллового рифа". Он заключается в том, что со здорового рифа берется разнообразное сообщество организмов, в том числе беспозвоночных и микробов, выращивается на терракотовой плитке, а потом вместе с плиткой переносится на поврежденный риф. Эксперименты показали заметное улучшение здоровья кораллов: повысилась эффективность фотосинтеза и увеличилась популяция симбиотических водорослей. Результаты показали, что пересадка здоровой экосистемы может значительно повысить жизнестойкость и физиологические функции кораллов. Важным элементом эксперимента являются сами терракотовые плитки. Они повторяют сложную 3D-структуру природных коралловых рифов и обеспечивают удобную среду для разнообразных организмов. Ученые подробно описали проведенный эк ...>>

Разработана долговечная алмазная батарея 10.12.2024

Британские ученые построили уникальную батарею, способную работать тысячелетиями. Это устройство, получившее название алмазной батареи, основано на использовании радиоактивного изотопа углерода-14 и может стать революцией в мире энергетики. Принцип работы алмазной батареи схож с работой солнечных панелей, но с одной важной разницей: вместо света она использует радиоактивный распад углерода-14. Углерод-14 - это радиоактивный изотоп, известный по методу радиоуглеродного датирования, который широко применяется в археологии и геологии для определения возраста органических материалов. При распаде углерода-14 высвобождаются электроны, которые алмазная структура улавливает и преобразует в электрический ток. Этот процесс обеспечивает стабильное и долговечное производство энергии, так как период полураспада углерода-14 составляет около 5700 лет. Алмазная батарея обладает рядом значительных преимуществ: 1. Долговечность: Благодаря стабильности радиоактивного изотопа устройство способ ...>>

Влияние просмотра телевизора на размер мозга 09.12.2024

Продолжительный просмотр телевизора может негативно сказаться на здоровье мозга, снижая объем серого вещества - области, где сосредоточены нейроны, ответственные за обработку информации. Эти данные были получены в рамках исследования, проведенного командой ученых из Школы общественного здравоохранения Блумберга при Университете Джонса Хопкинса. Возглавлял проект Райан Догерти. Ученые анализировали данные крупного долгосрочного исследования "Развитие риска коронарных артерий у молодых взрослых" (CARDIA), начатого в 1985 году при поддержке Национального института сердца, легких и крови США. В исследовании участвовали более 5000 человек из четырех городов Соединенных Штатов, и его цель заключалась в изучении факторов, влияющих на здоровье на протяжении жизни. Один из аспектов, изученных в рамках CARDIA, был связан с привычками участников, включая время, проводимое перед экраном телевизора. Выяснилось, что те, кто смотрел телевизор более 1,4 часа в день, к 50 годам теряли около 0,5% ...>>

Найдена причина образования новых нервных клеток 09.12.2024

Возможность восстановления нервных клеток - одна из самых загадочных и желанных целей в современной медицине. Немецкие ученые из Дрезденского технического университета, возглавляемые Михаэлем Брандом, сделали важный шаг в этом направлении, изучив уникальные способности рыбы-зебры. Исследователи обнаружили, что регенерация тканей головного мозга у этой рыбы связана с воспалительной реакцией, которая запускает процесс образования новых нервных клеток. Рыба-зебра, небольшой пресноводный организм, стала популярной моделью для изучения регенерации благодаря своей способности восстанавливать ткани, включая мозг, даже после серьезных повреждений. В ходе экспериментов ученые установили, что воспаление, возникающее в поврежденной ткани, играет ключевую роль в регенерации. Это открытие удивительно, поскольку у млекопитающих воспаление обычно приводит к образованию рубцов, блокирующих восстановление нервных клеток. У млекопитающих, включая человека, после повреждений головного мозга формиру ...>>

Вкус вируальной реальности 08.12.2024

Ученые из Гонконга представили уникальное устройство, способное воспроизводить разнообразные вкусы, словно в сказке. Гаджет, напоминающий обычный леденец, позволяет "почувствовать" вкус в виртуальной реальности. Это не просто развлечение, а шаг в будущее, где технологии могут в корне изменить наше восприятие мира. Гаджет использует метод ионофореза - воздействия электрического тока для управления вкусовыми рецепторами языка. В его конструкции предусмотрены девять каналов, заполненных ароматизированными гидрогелями. Когда через них проходит электрический ток, гели выделяют химические вещества, создающие вкусовые ощущения. Это позволяет пользователю почувствовать сладкий, кислый, соленый, горький и умами вкусы без реального употребления пищи. Для имитации вкусов в составе гидрогелей использованы такие безопасные компоненты, как сахар, соль, лимонная кислота и экстракты натуральных продуктов: вишни, молока, зеленого чая, маракуйи, дуриана и грейпфрута. Устройство потребляет минималь ...>>

Случайная новость из Архива Локация кашля 05.09.2009 В связи с эпидемией свиного гриппа актуальным стал вопрос о выявлении больных в аэропортах, чтобы сократить возможность разноса инфекции по миру. Бельгийская фирма "Биорикс" предлагает разместить в залах аэропортов сеть микрофонов, подключенных к компьютеру со специальной программой, умеющей отличать гриппозный кашель от обычного безобидного откашливания. Сигнал с нескольких микрофонов позволяет точно установить источник звука и принять медицинские меры. Испытания системы проведены на свинофермах, и оказалось, что больных свиней в большом загоне можно по кашлю определить уже через три часа после заражения, а точность выявления составляет 82%.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2024