Ученые обнаружили новые виды в «квантовом зоопарке»
Наблюдения и открытия специалистов помогут в разработке топологического квантового компьютера. Устройство будет работать более точно и эффективно, чем существующие аналоги.
Юлия УгловаАвтор Hi-Tech Mail
Существует огромное количество квантовых состояний, характеризующих поведение квантовой материи и необычных явлений, возникающих при взаимодействии множества электронов. Многие из этих состояний десятилетиями оставались лишь теоретическими предположениями. Их часто сравнивают с зоопарком, полным новых видов и готовых быть исследованными. В новой работе ученые Колумбийского университета значительно расширили этот виртуальный зоопарк, добавив свыше десятка новых квантовых состояний, пишет Phys.org.
Открытые состояния включают такие, которые могли бы послужить основой для разработки принципиально новой конструкции компьютера — топологического квантового компьютера. Такие устройства обладают особыми квантовыми характеристиками, позволяющими снизить вероятность ошибок, характерных для современных моделей квантовых компьютеров, созданных на основе сверхпроводников.
Феномен, стоящий за некоторыми недавно открытыми состояниями имеет связь с эффектом Холла. Этот классический эффект, впервые описанный Эдвином Холлом в 1879 году, объясняет явление накопления электронов вдоль краев металлической полосы под действием магнитного поля. Интенсивность магнитного воздействия прямо влияет на величину разности потенциалов в материале.
При понижении температуры до экстремально низких значений и ограничении движения электронов двумя измерениями, в которых квантово-механические эффекты проявляются особенно ярко, напряжение перестает расти пропорционально силе магнита. Вместо плавного роста оно увеличивается ступенчато, демонстрируя четко выраженный квантованный характер, зависящий исключительно от заряда электрона. Эта структура квантованных шагов позволяет наблюдать еще более тонкие градации, формирующие состояния с дробными значениями заряда электрона: −½, −⅔, −⅓ и другие подобные дроби.
Известно, что для изучения различных дробных квантовых эффектов использовалась новая методика. Она работает так: первый лазерный луч возбуждает и частично разрушает существующие квантовые состояния, после чего другой лазер регистрирует изменение диэлектрической постоянной — показателя интенсивности взаимодействия между электронами — когда состояние восстанавливается вновь.
Используемый метод не только помогает зафиксировать фундаментальное низкоэнергетическое состояние, но и показывает тонкости процессов перехода системы из одного состояния в другое. «Мы словно попали в новую временную реальность, где можем изучать взаимосвязанные процессы и топологическую структуру базовых состояний. Каждое последующее исследование открывает перед нами новые сюрпризы, особенно тогда, когда мы вынуждаем систему выйти из равновесия», — комментирует Ипин Ван, научный сотрудник Центра Макса Планка в Колумбийском университете Нью-Йорка.
Сейчас главная задача состоит в понимании природы наблюдаемых многочисленных состояний и поиске их возможных применений. Ранее ученые создали первые нейтронные пучки Эйри.
Поделиться
