_ O nouă fază a materie: Fizicienii realizează prima demonstrație de anyoni non-abelieni într-un procesor cuantic

Lumea noastră fizică, 3D, este formată din doar două tipuri de particule: bosoni, care includ lumina și faimosul boson Higgs; și fermionii — protonii, neutronii și electronii care cuprind toate „lucrurile”, inclusiv compania actuală.

Fizicieni teoreticieni precum Ashvin Vishwanath, profesorul de fizică George Vasmer Leverett de la Harvard, nu le place să se limiteze. doar pentru lumea noastră, totuși. Într-un cadru 2D, de exemplu, ar deveni posibile tot felul de noi particule și stări ale materiei.

Echipa lui Vishwanath a folosit o mașină puternică numită procesor cuantic pentru a realiza, pentru prima dată, un nou-nouț. faza materiei numita ordine topologica non-abeliana. Recunoscută anterior doar în teorie, echipa a demonstrat sinteza și controlul particulelor exotice numite anyoni non-abelieni, care nu sunt nici bozoni, nici fermioni, ci ceva între ele.

Rezultatele lor sunt publicate în Nature în colaborare cu cercetătorii. la compania de calcul cuantic Quantinuum. Echipa lui Vishwanath a inclus fostul student de la Harvard Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences Nat Tantivasadakarn '22, acum la Caltech, și un coleg postdoctoral Ruben Verresen.

Orioni non-abelieni, cunoscuți de fizicieni drept cvasi-particule. , sunt posibile doar matematic într-un plan 2D. Calificativul „cvasi” se referă la faptul că nu sunt exact particule, ci mai degrabă excitații de lungă durată printr-o anumită fază a materiei – gândiți-vă la valurile oceanului – și au capacități speciale de transportare a memoriei.

În afară de aceasta. Faptul că crearea unei noi faze a materiei este o fizică fundamentală incitantă, oricine non-abelieni a fost recunoscut pe scară largă ca o platformă potențială pentru calculul cuantic — ceea ce conferă rezultatelor cercetării și mai multă semnificație.

Non-Abelian. Oricine este în mod inerent stabil, spre deosebire de biții cuantici fragili și predispuși la erori, sau qubiții, de pe alte platforme de calcul cuantic. Își pot „aminti” trecutul în timp ce se mișcă unul în jurul celuilalt – ca un magician care amestecă cupe cu bile ascunse. Această proprietate este, de asemenea, ceea ce le face topologice sau capabile să fie îndoite și răsucite fără a-și pierde identitatea de bază.

Din toate aceste motive, oricine non-abelieni ar putea într-o zi să facă qubiți ideali - unități de putere de calcul care se extind mult dincolo de computerele clasice de astăzi – dacă pot fi create și controlate la scari mai mari.

„O cale foarte promițătoare către calculul cuantic stabil este utilizarea acestor tipuri de stări exotice ale materiei ca biți cuantici eficienți. și să fac calcule cuantice cu ei”, a spus Tantivasadakarn. „Atunci ați atenuat într-o mare măsură problemele legate de zgomot.”

Cercetătorii au folosit o creativitate obținută pentru a realiza starea lor exotică de materie. Valorificând la maximum capacitățile celui mai nou procesor H2 al lui Quantinuum, echipa a început cu o rețea de 27 de ioni prinși. Ei au folosit măsurători parțiale, direcționate, pentru a crește secvențial complexitatea sistemului lor cuantic, ajungând efectiv la o funcție de undă cuantică proiectată cu proprietățile și caracteristicile exacte ale particulelor pe care le căutau.

„Măsurarea este cea mai bună. aspect misterios al mecanicii cuantice, care duce la paradoxuri celebre precum pisica lui Schrödinger și la numeroase dezbateri filozofice”, a spus Vishwanath. „Aici am folosit măsurătorile ca instrument pentru a sculpta starea cuantică de interes.”

Ca teoretician, Vishwanath prețuiește capacitatea de a sări între diferite idei și aplicații ale fizicii fără a fi legat de o singură platformă sau tehnologie. Dar, în contextul acestei lucrări, el se minunează să ajungă nu doar să exploreze o teorie, ci și să o demonstreze de fapt, mai ales când domeniul mecanicii cuantice intră în al 100-lea an.

„Cel puțin pentru mine, a fost uimitor că totul funcționează și că putem face ceva foarte concret”, a spus Vishwanath. „Conectează cu adevărat multe aspecte diferite ale fizicii de-a lungul anilor, de la mecanica cuantică fundamentală la idei mai recente despre aceste noi tipuri de particule.”

Această poveste este publicată prin amabilitatea Harvard Gazette, ziarul oficial al Universității Harvard. . Pentru știri suplimentare despre universități, vizitați Harvard.edu.

(Fluierul)