Vihjeitä tulevaisuuden kvanttitietokoneille

Sinivihreät laboratoriossa kasvatetut kiteet näyttävät kiinteiltä kiviltä, mutta niiden atomitilat muuttuvat jatkuvasti.

SLAC National Accelerator Laboratoryn ja Stanfordin yliopiston tutkijaryhmä löysi hiljattain uuden esimerkin kvanttispinnesteestä – ainutlaatuisesta olomuodosta, jota saatetaan jonain päivänä käyttää kubiteissa.

Sinkkibarlowiitti muodostaa jatkuvasti vaihtelevien magneettisten spinien kidehilan, jopa lämpötilojen lähestyessä absoluuttista nollapistettä, tutkimusryhmä raportoi Nature Physics -lehdessä.

Nämä spinit osoittavat myös merkkejä kvanttilomittuneisuudesta materiaalissa. "Kyse on kvanttimekaniikan ja voimakkaasti vuorovaikutuksessa olevien mikroskooppisten komponenttien yhdistelmästä materiaalissa", sanoo Stanfordin sovelletun fysiikan professori Young Lee.

”Kvanttispinneste on uusi magnetismin tila”, selitti Aaron Breidenbach, Stanfordin fysiikan tohtoriopiskelija. Magnetismia on yleensä kaksi: ferromagnetismi ja antiferromagnetismi. Molemmissa esimerkeissä magneettiset spinit voivat löytää niille energeettisesti sopivan suunnan ja vakiintua.

Mutta atomien erityisissä konfiguraatioissa magnetismi on epävakaata, eikä se pysty löytämään ihanteellista suuntaa. Niinpä atomien spinit ovat erittäin turhautuneita. Tämän lisäksi hilarakenne yhdistettynä kunkin spinin pieneen arvoon aiheuttaa kvanttilomittumisen, jossa spinit korreloivat keskenään hilan poikki – jos yksi osoittaa "ylöspäin", toinen osoittaa "alaspäin".

Nämä kaksi ominaisuutta yhdessä tarkoittavat, että spinit eivät koskaan lakkaa pyörimästä ylös ja alas. Siksi fyysikot kutsuvat materiaalia nesteeksi.

Yhdessä aiempien herbertsmithite-tutkimusten kanssa "tämä nyt löydetty sinkkibarlowiitti on toistettavissa oleva havainto spinnesteen käyttäytymisestä kahdessa eri materiaalissa", Lee sanoi.

Löydökset viittaavat myös siihen, että ”lomittumisinformaatio on olemassa koko näytteessä”, Lee sanoi. ”Kyse ei ole vain atomien välisistä etäisyyksistä, vaan paljon pidemmistä etäisyyksistä.” Tämä suurempi kvanttilottumisen aste tarkoittaa, että tätä materiaalia voitaisiin mahdollisesti käyttää vakaampien kubittien luomiseen.

Lisätestit voisivat myös paljastaa, kuinka lomittuneita spinit ovat ja voidaanko materiaalia muokata suprajohteeksi. Lisääntyneen tutkimuksen myötä tämän ainutlaatuisen olomuodon sovellukset tulevat näkyviin – kenties joitakin yllätyksiä tuoden. "Jännittävintä on, että emme vieläkään tiedä kaikkia mahdollisia sovelluksia, koska nämä materiaalit ovat suhteellisen tutkimaton olomuoto", Breidenbach sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttiturhautumista etsien

Kvanttispinneste ja raskaita fermioneja