Materialul ce stochează informaţia cuantică, crucial pentru dezvoltarea calculatoarelor cuantice
În ultimii ani oamenii de ştiinţă au înregistrat progrese importante privind dezvoltarea calculatoarelor cuantice.
Cu toate acestea mai există încă multe probleme de rezolvat, cum ar fi găsirea unei metode eficiente pentru păstrarea stării cuantice a atomilor individuali o perioadă mai lungă de timp.
Iată însă că oamenii de știință au descoperit un material care ar putea stoca eficient informaţia cuantică. Într-un studiu recent cercetătorii sugerează că un compus din cupru, iridiu și oxigen, Cu2IrO3, ar putea avea geometria atomică necesară pentru a îndeplini acest rol.
„Geometria la nivel atomic a acestui compus este de tip fagure”.
„Datorită acestei geometrii particulare spinul electronilor nu „îngheaţă” niciodată şi astfel nu se formează magneţi, deşi aceasta este tendinţa naturală a materialului. Acest fenomen se numeşte frustrare magnetică”, a declarat cercetătorul Fazel Tafti pentru Inverse.
Structura atomică de tip fagure. Credit: Inverse
Această fază neobișnuită a materialului este cunoscută drept „lichid cu spin cuantic”. În acest caz nu este vorba despre starea lichidă a materiei cu care suntem atât de obişnuiţi, ci de o stare cuantică a materiei în care magnetismul este mai puțin ordonat decât într-un magnet obișnuit.
Spinul electronilor din magneții pe care îi utilizăm în viața de zi cu zi este orientat în aceeași direcție. În schimb, spinul electronilor din lichidele cu spin cuantic nu este orientat într-o direcţie anume, adică nu „îngheaţă” niciodată, chiar dacă temperatura acestor „lichide” atinge zero absolut (0 K). Din acest motiv se manifestă unele fenomene neobișnuite, cum ar fi inseparabilitatea cuantică.
Inseparabilitatea cuantică este un fenomen din fizica cuantică în care particulele elementare se corelează reciproc şi interacţionează într-un mod previzibil între ele, indiferent de cât de departe se află unele faţă de altele.
Pentru obţinerea fazei de lichid cu spin cuantic, materialele utilizate trebuie să fie aibă o geometrie la nivel atomic de tip fagure, cum ar fi în cazul Cu2IrO3, sau triunghiulară pentru obţinerea „lichidului cuantic de centrifugare”. Acest aranjament atomic a fost observat în natură, un exemplu în acest sens fiind mineralul Herbertsmithite care a fost descoperit în anul 2012.
Mineralul Herbertsmithite. Credit: Inverse
Lichidul cuantic de centrifugare se caracterizează prin transformarea electronilor, particule elementare ale materiei, în cvasiparticule.
Studiul cercetătorilor sugerează utilizarea Cu2IrO3 pentru construcţia viitoarelor computere cuantice, dar mai important este faptul că această descoperire oferă o metodă prin care pot fi identificate şi alte materiale ce ar putea fi folosite pentru realizarea calculatoarelor cuantice.
„Descoperirile experimentale necesită timp, deoarece oamenii de știință trebuie să testeze orice cale posibilă de urmat”.
„Acum am reușit să producem lichidul cuantic de centrifugare şi am găsit „rețeta” prin care să obţinem mai multe stări cuantice de acest tip. În continuare trebuie să utilizăm metoda folosită în cazul Cu2IrO3 şi pentru alte elemente din tabelul periodic. Astfel vom putea produce mai multe lichide de centrifugare”, a declarat Tafti.
Sursă: Futurism