Vedcom z Harvardskej univerzity v Massachusetts, USA, sa podaril neuveriteľný objav. Vo svojom laboratóriu mohli vôbec po prvý raz pozorovať úplne nové skupenstvo hmoty, známe ako kvapalina s kvantovým spinom alebo spinová kvapalina, informuje Sciencealert.

Hypotézy ich existenciu predpovedali už niekoľko desaťročí. Jedná sa o magnetický materiál, v ktorom pri nízkych teplotách prebieha neustála fluktuácia a zmeny elektrónov. Práve v tom spočíva aj rozdiel v porovnaní s klasickým magnetom, v ktorom sa elektróny po ochladení stabilizujú.

Vytvorili frustrovaný magnet

„Je to veľmi špeciálny moment v odbore. Môžete sa dotknúť, štuchnúť do tohto exotického skupenstva, ktorý ľudia nikdy predtým pozorovať nemohli,“ objasňuje nadšene kvantový fyzik Michail Lukin z Harvardskej univerzity v Massachusetts. Inú novú formu hmoty pritom iný tím vedcov objavil len nedávno.

Profesor Michail Lukin a fyzička Giulia Semeghini. Zdroj: Kris Snibbe/Harvard Staff Photographer

V klasických magnetoch sa nachádzajú elektróny, ktorých spin je orientovaný nahor a nadol, čím sa navzájom stabilizujú. Avšak v kvapaline s kvantovým spinom je aj tretí elektrón, ktorý vytvára takzvaný „frustrovaný“ magnet, ktorého spin sa nedokáže stabilizovať jedným smerom.

Ako vysvetľuje tím fyzikov v tlačovej správe, na vytvorenie tohto magnetu použili programovateľný kvantový simulátor, ktorý laboratórium vyvinulo ešte v roku 2017. Jedná sa o druh špeciálneho kvantového počítača, pomocou ktorého je možné vytvárať programovateľné tvary za účelom simulácie rôznych interakcií a kvantového previazania.

Neprekonateľná sloboda pozorovania

„Môžete pohybovať atómy tak ďaleko od seba, ako len chcete, meniť frekvenciu laserového svetla, môžete naozaj meniť parametre spôsobom, ktorý bol pri pôvodných štúdiách nemožný. Môžete sa pozrieť na každý atóm zvlášť a vidieť, čo robí,“ vysvetľuje Subir Sachdev, spoluautor štúdie a profesor fyzika.

Google Quantum AI/Stanford University/Úprava redakcie

Toto nové skupenstvo v podobe spinových kvapalín má pritom obrovský potenciál pre samotné kvantové počítače, v ktorých pomôže vytvoriť oveľa lepšie a robustnejšie qubity – kvantové ekvivalenty bitov, základných jednotiek informácií.

Práve qubity sú totiž pomerne citlivé na vonkajšie vplyvy, ktoré sú schopné spôsobiť počas prevádzky chyby a zmariť rôzne výpočty. Spinové kvapaliny môžu napomôcť v ochrane qubitov, čím umožnia kvantovým počítačom fungovať dlhšie a bez možných chýb.

„Naučiť sa vytvárať a využívať topologické qubity môže umožniť dôležité kroky smerom k spoľahlivým kvantovým počítačom,“ dodáva na záver fyzička Giulia Semeghini z Harvardskej univerzity. Tím si je však vedomý skutočnosti, že v tejto oblasti je ešte potrebné veľké množstvo výskumu a v simulovaní procesov chcú pokračovať, aby tieto spinové kvapaliny oveľa lepšie pochopili.