Физики создали новые состояния материи, «раскачивая» магнитное поле во времени
Физики из Калифорнийского политехнического университета (California Polytechnic State University) обнаружили, что управляемое изменение магнитного поля во времени может создавать принципиально новые состояния квантовой материи, отсутствующие в обычных, статических системах. Работа посвящена Флоке-инженерии — направлению квантовой физики, в котором свойства материала формируются не только его составом, но и внешними периодическими воздействиями.
Авторы изучали поведение квантовых систем под действием магнитного поля, которое не остаётся постоянным, а периодически меняется по строго заданному сценарию. Оказалось, что подобная «раскачка системы» способна формировать устойчивые квантовые фазы, не имеющие аналогов в статической материи.
Ключевая идея работы заключается в том, что свойства квантового материала могут определяться не только его внутренней структурой, но и тем, как именно он изменяется во времени. Исследователи показали, что периодическое переключение магнитного потока позволяет буквально «собирать» новые квантовые состояния с заранее заданными свойствами.
Особый интерес вызывает то, что такие состояния потенциально могут быть более устойчивыми к шуму и ошибкам — одной из главных проблем современных квантовых вычислений. В обычных квантовых системах малейшие внешние помехи быстро разрушают хрупкое состояние кубитов. В новой работе учёные показали, что динамически управляемые квантовые фазы способны лучше сопротивляться подобным сбоям.
Иллюстрация: Nano BananaИсследователи также обнаружили математическую закономерность, обычно характерную для более высокоразмерных квантовых систем. Это означает, что сравнительно простые установки могут использоваться как модель для изучения гораздо более сложной квантовой физики.
Отдельно авторы построили топологическую фазовую диаграмму системы — своеобразную «карту» устойчивых квантовых фаз, возникающих при различных режимах изменения магнитного поля. Такие диаграммы помогают понять, при каких условиях система переходит в новые экзотические состояния.
Практическое значение работы на данном этапе связано прежде всего с фундаментальными исследованиями и развитием квантовых технологий. По словам Пауэлла, в ближайшей перспективе результаты могут быть полезны для квантовых вычислений и квантового моделирования, а в более далёком будущем — косвенно повлиять на разработку новых материалов, электроники и фотонных устройств.
Авторы подчёркивают, что следующим шагом должна стать экспериментальная проверка результатов, в том числе на установках с ультрахолодными атомами, где подобные квантовые состояния можно воспроизвести в реальности.
© iXBT
