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:

Ритм сердца влияет на восприятие и чувства 08.03.2026

Связь между сердцем и мозгом выходит далеко за пределы привычного представления о том, что сердце просто качает кровь. Новые исследования показывают, что сердечный ритм способен прямо влиять на восприятие внешнего мира и на эмоциональное состояние человека, открывая уникальный диалог между физиологией и сознанием. Работа сердца делится на две основные фазы: систолу и диастолу. Во время систолы сердечная мышца сокращается и выталкивает кровь в сосуды, а при диастоле сердце расслабляется, позволяя крови вернуться внутрь. Хотя мозг не управляет каждой конкретной фазой сокращений, он регулирует частоту сердечных сокращений в зависимости от состояния организма: в стрессовой ситуации пульс учащается, а в спокойном состоянии снижается. Однако взаимодействие между сердцем и мозгом двустороннее: мозг реагирует на сигналы от сердца так же, как сердце откликается на команды мозга. Международная группа исследователей проанализировала мозговую активность в зависимости от сердечного цикла. Они ...>>

Молекулы ДНК как новые носители данных 08.03.2026

С ростом объемов цифровой информации ученые ищут новые методы хранения данных, способные сочетать высокую плотность, долговечность и энергоэффективность. Одним из самых перспективных направлений становится использование молекул ДНК - естественного носителя генетической информации, который способен сохранять данные в течение тысяч лет при подходящих условиях. Недавние исследования показывают, что ДНК может стать не только архивом, но и полноценным перезаписываемым носителем информации. Исследователи из Университета Миссури создали систему, позволяющую записывать, стирать и повторно записывать данные в молекулах ДНК. Ранее ДНК использовалась в основном для долговременного архивирования информации, что делало носитель одноразовым. Новый подход превращает молекулярный носитель в полноценный цифровой накопитель с возможностью редактирования содержимого. Принцип работы устройства основан на естественном "языке" ДНК: в отличие от обычных компьютеров, где данные кодируются последовательн ...>>

Получение кислорода из лунного грунта 07.03.2026

Освоение Луны требует решения множества задач, связанных с обеспечением жизнедеятельности и функционированием оборудования в условиях ограниченных ресурсов. Одной из ключевых проблем является доставка кислорода с Земли, что значительно увеличивает стоимость и сложность космических миссий. Новые технологии позволяют получать кислород непосредственно на поверхности Луны, открывая путь к автономным и долговременным экспедициям. В центре исследований NASA находится метод извлечения кислорода из лунного реголита - рыхлого слоя измельченных пород, покрывающего поверхность спутника. Реголит содержит значительное количество окислов, включая окись железа и диоксид кремния, которые являются потенциальным источником кислорода. По оценкам специалистов, до 40% массы реголита приходится на химически связанный кислород. Ключевым элементом технологии является электролиз расплавленного реголита. Процесс предполагает пропускание электрического тока через сильно нагретый материал, что приводит к вы ...>>

Летающая электростанция S2000 07.03.2026

Развитие возобновляемой энергетики заставляет инженеров искать новые способы использования природных ресурсов. Одним из самых перспективных направлений остается ветровая энергия, однако традиционные наземные турбины имеют ряд ограничений. Их мощность зависит от условий у поверхности земли, а для установки таких установок требуется значительное пространство. Поэтому исследователи все чаще обращают внимание на более высокие слои атмосферы, где воздушные потоки значительно сильнее и стабильнее. Именно эту идею воплощает экспериментальная система S2000 - первая в мире летающая электростанция, предназначенная для выработки электроэнергии на большой высоте. Недавно в китайской провинции Сычуань был зафиксирован подъем необычного аппарата, внешне напоминающего дирижабль из научно-фантастических фильмов. На самом деле это высокотехнологичная энергетическая установка, способная улавливать энергию ветра примерно на высоте двух километров. Испытания проводились в городе Ибинь. Там инженеры ...>>

Газированная вода помогает поддерживать концентрацию геймеров 06.03.2026

Современный киберспорт требует от игроков не только быстрой реакции, но и способности долго сохранять высокий уровень концентрации. Во время продолжительных игровых сессий мозг испытывает значительную когнитивную нагрузку, что со временем приводит к утомлению и снижению точности принимаемых решений. Поэтому исследователи все чаще изучают способы поддержания внимания без использования сильных стимуляторов, таких как кофеин или сахар. Как выяснила команда ученызх в составе Шиона Такахаши, Ватара Косуги, Сейичи Мизуно и Такаши Мацуи, неожиданным помощником в поддержании концентрации может оказаться обычная несладкая газированная вода. Результаты их исследования показали, что сильно карбонизированная вода способна помогать геймерам сохранять ментальный фокус во время длительных игровых сессий. Примерно через три часа непрерывной игры у многих участников начинает проявляться так называемая когнитивная усталость. Она выражается в замедлении реакции, снижении точности решений и общем ос ...>>

Случайная новость из Архива Датчики на айбергах засекут подводные лодки 30.09.2012 Новый проект оборонного научного агентства DARPA может серьезно осложнить боевое дежурство российских атомных подлодок. Американцы планируют установить датчики на плавучий арктический лед. Таким образом будет создана относительно дешевая сеть мониторинга обширных пространств, которая сможет отслеживать многоцелевые подлодки и субмарины с баллистическими ракетами, которые составляют основу гарантированного ядерного ответа США, России и Великобритании, а в будущем и Китая. Арктические льды тают быстрее, чем когда-либо, а это означает, что в приполярных водах ожидается большая военная и коммерческая активность. Кроме того, это идеальное место для подлодок со стратегическим оружием, поскольку им легче спрятаться под толстым слоем льда и среди шумов сталкивающихся айсбергов и треска ломающейся ледяной корки. Именно поэтому в Пентагоне решили создать сеть датчиков для круглогодичного мониторинга арктической обстановки. Планируется использовать плавучие айсберги, на которые сверху установят магнитные, а снизу акустические датчики. Айсберги в день преодолевают расстояние до 6 км, что делает их подходящим патрульным средством. Данная программа под названием Assured Arctic Awareness (AAA) может серьезно подорвать баланс сил на мировой арене. Дело в том, что атомные подводные лодки являются единственным видом стратегического оружия, обладающим высочайшей скрытностью и огневой мощью. При боезапасе в 16-20 межконтинентальных баллистических ракет с 5-10 ядерными боеголовками в каждой, даже одна атомная субмарина может нанести серьезнейший ущерб крупному государству. При этом самые эффективные виды ПРО, перехватывающие баллистические ракеты в момент запуска, бессильны против подводных ракетоносцев - отследить местонахождение подводного корабля очень сложно. Если американцам удастся создать сеть из дешевых мобильных датчиков, то как минимум один регион для стратегических ракетоносцев будет закрыт. По некоторым данным, над подобной сетью корпорация Science Applications International работает с 1990 года, хотя эта работа направлена в основном на создание дешевых плавающих буев с датчиками.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026