|
Как создавать экзотическую квантовую материю
|
|
|
|
Квантовые технологии обладают многообещающим потенциалом для революционной обработки больших и сложных объемов информации. Хотя они уже используются в основном в лабораториях и исследовательских учреждениях по всему миру, квантовые технологии находятся на этапе перехода к более широкому применению в промышленности во многих секторах экономики.
|
|
|
|
Изучение необычного поведения квантовой материи
|
|
|
|
В рамках исследования фундаментальных аспектов квантовой физики, или поведения природы в мельчайших масштабах, включая атомы, электроны и фотоны, в исследовании, проведенном преподавателем физического факультета Калифорнийского университета Иэном Пауэллом, было проанализировано, как изменяющееся магнитное поле может заставить материю вести себя необычным образом.
|
|
|
|
Пауэлл и студент-исследователь Луис Бухалтер, получивший степень бакалавра физики в Калифорнийском политехническом университете в 2025 году, опубликовали статью "Технология Флоке с переключением потоков" в журнале Physical Review B, в которой рассказывается о том, как изменяющиеся магнитные поля с течением времени могут создавать квантовые состояния, которых нет ни в одном стационарном материале (остающемся в остается в том же состоянии по прошествии времени).
|
|
|
|
"На уровне общей картины я бы описал это как прогресс в нашем понимании того, как зависящее от времени управление может создавать и организовывать новые формы квантовой материи", - сказал Пауэлл. "Основная идея заключается в том, что полезные квантовые свойства могут зависеть не только от того, что представляет собой материал, но и от того, как он управляется во времени. В нашем случае мы показываем, что периодическое изменение магнитного поля может создавать управляемые квантовые фазы, не имеющие статического аналога".
|
|
|
|
|
|
|
Разрабатывая новые квантовые модели поведения, рассчитывая время в полевых условиях, физики потенциально могут создавать технологии, которые очень стабильны и которые трудно нарушить из-за "шума" или несовершенств, которые могут повлиять на функциональность квантовой технологии и избежать системных ошибок.
|
|
|
|
По общему признанию, Пауэлл сказал, что не физикам сложно описать технические аспекты исследования. Но концептуально исследование указывает на возможные пути создания таких экзотических квантовых состояний на контролируемых платформах, таких как эксперименты с ультрахолодными атомами.
|
|
|
|
Потенциальное влияние на квантовые технологии
|
|
|
|
"На данном этапе наше исследование имеет самое непосредственное отношение к квантовым вычислениям и квантовому моделированию, а не к конкретному сектору конечного использования", - сказал Пауэлл. "Любое возможное влияние на такие области, как фармацевтика, финансы, производство или аэрокосмическая промышленность, скорее всего, будет косвенным, поскольку будет способствовать долгосрочному развитию более совершенных квантовых технологий. Чтобы перейти к промышленному использованию, следующими шагами будут экспериментальная проверка и дальнейшая работа по созданию реалистичных платформ для квантовых устройств".
|
|
|
|
Применяя принципы физики, работа также выявила математическое правило организации, которое перекликается с паттернами, чаще всего ассоциируемыми с квантовыми системами большей размерности, что позволяет предположить, что относительно простые управляемые системы могут предложить новый способ изучения такого рода физики.
|
|
|
|
Исследование показывает, что могут появляться экзотические управляемые фазы, но также раскрывает точное правило организации топологической фазовой диаграммы системы или визуальную карту, которая описывает отдельные, стабильные квантовые фазы материи на основе неизменных топологических чисел.
|
|
|
|
Использование физических принципов в квантовой механике повышает способность вычислительной системы быстрее обрабатывать информацию, проводить масштабное моделирование и всесторонне анализировать гораздо больше данных, чем при классических вычислениях.
|
|
|
|
Магнитные поля являются одним из основных инструментов, используемых для управления и считывания квантовых битов (или кубитов), фундаментальной единицы информации, используемой в квантовых технологиях. Кубиты сравнимы с единицами измерения 0 и 1 в классических вычислениях (которые в настоящее время применяются в обычных вычислениях), используемыми для представления физических электрических состояний.
|
|
|
|
Будучи студентом-исследователем, работавшим вместе с Пауэллом, Бухалтер сказал, что работа в соавторстве со статьей научила его "многому о процессе проведения исследований и о том, как новые результаты исследований эффективно доводятся до сведения более широкого научного сообщества".
|
|
|
|
"Я узнал, что исследование редко бывает простым процессом, часто требующим настойчивости и творческого подхода к решению проблем в ходе исследовательского проекта", - сказал Бухалтер. "Я считаю, что наши результаты помогают продемонстрировать возможности разработки Флоке для создания квантовых систем с высоко настраиваемыми свойствами, прокладывая путь для дальнейших исследований периодически возбуждаемой квантовой материи и разработки ее приложений".
|
|
|
|
Осенью Бухалтер планирует получить степень магистра наук в области материаловедения и инженерии в Вашингтонском университете и проводить экспериментальные исследования квантовой материи. После окончания обучения он рассматривает возможность продолжения карьеры в национальной лаборатории по разработке квантовых устройств.
|
|
|
|
"Изначально я взялся за этот проект из-за своего интереса к физике конденсированных сред. Однако, благодаря своему опыту, я увлекся областью квантовых материалов", - сказал Бухалтер. "Я очень заинтересован в продолжении изучения квантовой материи и оказании помощи в разработке ее приложений в электронных и фотонных устройствах".
|
|
|
|
Источник
|
