Vědci pozorovali nepolapitelný kvantový jev, který byl poprvé předpovězen před více než 50 lety. Tento proces, který tvoří nový stav hmoty, může mít do budoucna důsledky kvantové výpočetní techniky.
Fáze, nazývaná superradiantní fázový přechod (SRPT), je výsledkem toho, že dvě nezávislé skupiny kvantových částic začínají kolísat způsobem, který je koordinovaný i kolektivní, uvedli vědci v nové studii zveřejněné 4. dubna v časopise Pokroky vědy.
V tomto případě byly dvě skupiny částic železné ionty a erbiové ionty uvnitř krystalu. Vědci byli schopni tento jev vyvolat použitím magnetického pole -více než 100 000krát silnější než Země -na krystal z erbia, železa a kyslíku po jeho ochlazení na -457 ° F (-271,67 ° C), blížící se teploty) Absolutní nula.
Za těchto podmínek byl tým schopen pozorovat nezaměnitelné podpisy SRPT v krystalu. Jejich pozorování přesně odpovídala předpovědi toho, jak by SRPT vypadal podle slavného modelu formulovaného Robert H. Dicke v roce 1954.
Tzv Tlustý model byl první, kdo popsal jev superradiance – kde vzrušené atomy emitují světlo rychleji než normální atomy – a položila základy pro pochopení superradického fázového přechodu jako odlišného stavu hmoty vyplývajícího ze silných interakcí mezi světlem a hmotou. Bylo to dále rozpracováno Klaus Hepp a Elliot H. Lieb v roce 1973 který formálně prokázal existenci tohoto fázového přechodu.
Související: Vládní vědci objevují nový stav hmoty, který je „poloviční led, polovina ohně“
„Původně byl SRPT navržen tak, že vyplývá z interakcí mezi kvantovými kolísáním vakua-kvantová světla přirozeně existující i ve zcela prázdném prostoru-a výkyvy záležitostí,“ řekl autor spolupráce Dasom Kimdoktorský student v aplikované fyzice na Rice University, v a prohlášení. „V naší práci jsme si však tento přechod uvědomili spojováním dvou odlišných magnetických subsystémů – kolísání kolísání železných iontů a erbiových iontů v krystalu.“
Spin popisuje úhlovou hybnost elementární částice nebo atomu. Diktuje chování v magnetických polích a je důležitý pro stanovení statistických vlastností sbírek částic, které zase ovlivňují strukturu hmoty a povahu základních sil. Při excitaci vytvořené tepelnými fluktuacemi způsobují střídání magnetických polí nebo jiných zdrojů narušení podobné vlny napříč vzorem otočení v materiálu, nazývá se magnon.
V minulosti byl SRPT označen za „no-go teorém“, protože to porušilo a Základní omezení systémů založených na světle. Vytvoření magnonické verze jevu však umožnilo týmu obejít toto omezení. Ve svém experimentu hrají železné ionty magnonů roli normálně obsazenou vakuovými fluktuacemi a otočení iontů erbiových iontů vyplňuje pro fluktuace hmoty.
Vědci byli schopni jasně pozorovat zmizení energetického signálu jednoho režimu a posun v druhém – nezaměnitelným důkazem SRPT.
„Zřídili jsme ultrastrongovou vazbu mezi těmito dvěma spinovacími systémy a úspěšně jsme pozorovali SRPT a překonali předchozí experimentální omezení,“ řekla Kim.
Unikátní vlastnosti SRPT by mohly mít důležité důsledky pro rozmanitý počet kvantových technologií. Důvodem je jev zvaný kvantové squeezing, kde jsou fluktuace sníženy v jedné měřitelné vlastnosti kvantového systému pod standardním kvantovým limitem (i když kolísání se zvyšuje v jiné vlastnosti).
„Blízko kvantového kritického bodu tohoto přechodu systém přirozeně stabilizuje kvantově vystřídané stavy-kde je kvantový hluk drasticky snížen-výrazně zvyšuje přesnost měření,“ uvedla Kim ve svém prohlášení. „Celkově by tento vhled mohl revolucionizovat kvantové senzory a výpočetní technologie, což výrazně rozvíjelo jejich věrnost, citlivost a výkon.“
Existují další výhody mimo přesnost kvantových měření a výpočtů v důsledku stabilizujícího kvantového vymačkaného stavů SRPT. Protože SRPT vzniká z kolektivního chování mnoha kvantových částic, mohla by poskytnout formu vestavěné ochrany před jednotlivými chybami qubit a decoherence, což jsou hlavní překážky v současném kvantovém výpočtu. Synchronizované chování by mohlo vést k robustnějším a stabilnějším qubitům s delšími dobami koherence. Je také možné, že silné, koherentní interakce v rámci SRPT by mohly vést k rychlejším branům (stavební kameny kvantových algoritmů).
