Полвека назад ученые выдвигали предположения о возможном существовании принципиально нового состояния материи. Теперь специалисты смогли доказать эту теорию с помощью более глубоких исследований. Команда из Гарвардского университета подтвердила, что так называемая квантовая спиновая жидкость действительно существует.
Сложности исследования
Изучение явления спиновой жидкости как одного из магнитных состояний вещества крайне затруднено даже для современной науки. Однако подобные исследования себя оправдывают по той причине, что их результаты и открытия могут принести огромную пользу человечеству.
Под материей понимается любая субстанция с определенной массой, которая занимает место в пространстве благодаря своему объему.
Используя программируемый квантовый симулятор (компьютер), команда исследователей во главе с Джулией Семегини смогла воссоздать физические условия для взаимодействия атомов в состоянии спиновой жидкости.
Экспериментальный подход
Впервые явление квантовой спиновой жидкости предсказал физик Филип Уоррен Андерсон в 1973 году, однако в экспериментальных условиях оно никогда не наблюдалось. Ученые не стали доказывать существование состояния спиновой жидкости в теории, а сразу обратились к экспериментальному методу.
Магнитные свойства квантовой спиновой жидкости возникают по той причине, что атомы запутываются в условиях постоянного изменения материала.
У традиционного магнита есть узор, который напоминает шахматную доску или решетку. Частицы в состоянии спиновой жидкости связаны между собой, но при этом находятся на определенных расстояниях. Квантовый компьютер должен был сформировать такую структуру, в которой можно наблюдать, как взаимодействуют между собой и запутываются атомы.
Если в стандартных квантовых компьютерах предусматриваются отдельные хрупкие биты (кубиты) для кодирования информации, то в новой системе благодаря конфигурации квантовых спиновых жидкостей используется схема топологического кубита. Оно более надежна и устойчива к ошибкам.
Практическое применение
Ученые пока создали только небольшую версию топологического кубита, которая не может принести ощутимую пользу в условиях реального применения. Но нет сомнений, что дальнейшие исследования в этом направлении приведут к появлению новых квантовых компьютеров, полезных для практики широкого использования в самых разных областях.
Сегодня специалисты разрабатывают подобные машины, но пока они очень далеки от финальной стадии создания. Исследование спиновой жидкости в этом смысле может принести огромную пользу, заметно ускорив процессы разработки.
В итоге новые знания в данной области могут изменить представления о медицинской практике за счет возможности создания новых лекарств от заболеваний, которые сегодня считаются неизлечимыми или трудно поддающимися лечению. В качестве примера приводится болезнь Альцгеймера.
Но и медицина - лишь одно из направлений, где могут применяться инновационные квантовые технологии.
