ФИЗИКЧИД МАТЕРИЙН ХАЧИРХАЛТАЙ ТӨЛӨВ БОЛОХ КВАНТ СПИНИЙ ШИНГЭН ТӨЛВИЙГ БАРИМТЖУУЛЖЭЭ
Квант спиний шингэн
төлөв гэх ойлголт нь зөвхөн онолын хувьд оршин байсан төлөв юм.
Хатуу бодис нь эрэмлэгдсэн бүтцэд их
бага хэмжээгээр түгжигдсэн атомуудаас тогтдог бол харин шингэн нь бие биенийхээ
эргэн тойронд чөлөөтөй урсах атомуудаас тогтдог. Квантын спин шингэн гэж
нэрлэгддэг материйн энэ хачирхалтай төлөв нь хэзээ ч хөлддөггүй соронзон болон
спин дэх электронуудын тухай юм. Ердийн соронзоны хувьд температур нь тодорхой температураас доогуур
байх үед электронууд тогтворжиж, соронзон шинж чанартай хатуу биетийг үүсгэдэг. Эдгээр
ердийн соронзуудаас ялгаатай нь квант спиний шингэн дэх электронууд хөргөх үед
тогтворждоггүй харин урьд
өмнө төсөөлж байгаагүйгээр сүлэлдсэн квант төлөвт тасралтгүй
өөрчлөгдөж, хэлбэлздэг.
Материйн оршин байх нь энэ төлөвтэй холбоотой асуудал юм. Харин одоо Харвардын физикчдийн баг урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй материйн төлөв байдал-квант спиний шингэн төлөв байгааг баримтжуулжээ. Энэхүү нээлт нь эрдэмтдэд квант спиний шингэн төлөвийг хэрэгцээний шаардлагын дагуу үүсгэж, байгаль дээрх нууцлаг байдлын талаар шинэ ойлголттой болох боломжийг олгодог.
Жорж Васмер Леверетт нэрэмжит физикийн профессор, Харвардын
Квантын санаачилга (HQI)-ийн захирал Михаил Лукин “Энэхүү төлөв бол энэ салбарт онцгой чухал
цаг мөч юм. Та квант спиний шингэн төлөв
байдалд хүрч, түүний шинж чанарыг ойлгох удирдахын тулд хүрч мэдрэх
боломжтой. Энэ бол хүмүүсийн хэзээ ч ажиглаж байгаагүй материйн шинэ фаз юм”.
Квант спиний шингэн төлөв нь зарим сонирхолтой шинж чанартай
байдаг. Эдгээр шинж чанарууд нь өндөр температурын хэт дамжуулагч,
квант компьютер зэрэг квант
технологийг хөгжүүлэх ирээдүйн хэрэглээтэй холбогдох юм. Бүр
тодруулбал, түүний өвөрмөц шинж чанарууд нь топологийн кубитуудыг үүсгэж
болзошгүй юм. Эдгээр топологийн кубитууд нь дуу чимээ болон EMI-д
тэсвэртэй.
Харвард-Макс Планкийн нэрэмжит квант оптикийн төвийн докторын
дараах судалгааны ажилтан Жулиа Семегини “Энэ бол квант тооцооллын мөрөөдөл юм. Ийм топологийн
кубитуудыг хэрхэн үүсгэж, ашиглах талаар суралцах нь найдвартай квант
компьютерийг хэрэгжүүлэх томоохон
алхам болно." Энэхүү
судалгаанд зориулж баг нь энэхүү материйн шингэнтэй төстэй байдлыг
ялгахын тулд програмчлагдсан
квант симулятор ашигласан. Энэ симуляторын
тусламжтайгаар системийн програмчилалыг илүү өргөнөөр ашиглан тунамал орчны
системд орших макроскопик физикийг хуулбарлахыг эрэлхийлэв.
Эрдэмтэд симуляторыг ашиглан шахагдсан торны хэв маягийг бий болгож, атомуудыг тэнд байрлуулж, харилцан үйлчлэл болон сүлэлдээнийг үүсгэжээ. Дараа нь тэд бүхэл бүтэн бүтцийг сүлэлдүүлсний дараа атомуудыг холбосон утсыг тооцоолж, дүнд шинжилгээ хийсэн.
Эрдэмтэд топологийн хэлхээ байгаа эсэх дээр дүн шинжилгээ
хийсний үндсэн дээр квант корреляци болон материйн квант спиний шингэн төлөв байдал үүссэнийг анзаарсан .
Судалгааны хамтран зохиогч физикийн профессор Херчел Смит,
одоогийн Нарийвчилсан судалгааны хүрээлэнгийн хүндэт зочин профессор Субир
Сачдев, Морин, Жон Хендрикс нар “Та
атомыг хүссэн хэмжээгээрээ холдуулж, давтамжийг өөрчилж болно. Лазер гэрлийн
тусламжтайгаар та байгалийн параметрүүдийг урьд өмнө судалж байсан материалд
хийж чадахгүй байсан байдлаар өөрчилж болно. Эндээс та атом бүрийг харж, юу
хийж байгааг харж болно."
Квант спиний
шингэн нь нэмэлт гурав дахь спиний улмаас ямар ч соронзон дарааллыг
харуулдаггүй. Энэ эргэлт нь шалгах
хайрцагны хэв маягийг гурвалжин хэлбэртэй болгож хувиргадаг. Хос үргэлж
нэг чиглэлд тогтворжиж чаддаг бол гурав дахь спин нь гурвалжин дахь сондгой
электрон байх болно. Энэ нь электрон эргэлтийг нэг чиглэлд тогтворжуулах
боломжгүй "шахагдсан" соронз үүсгэдэг.
Ямар нэг зүйл "Үндсэндээ
тэд өөр өөр тохиргоонд нэгэн зэрэг тодорхой магадлалтай байдаг. Энэ бол
квантын суперпозицийн үндэс юм."
HQI-ийн докторын дараах судалгааны ажилтан Рубен Верресен хэлэхдээ, "Онол
ба туршилтын хоорондох харилцан үйлчлэл нь маш их урам зориг
өгдөг. Атомуудын агшин зуурын зургийг авч, таамаглалаар димерийн конфигураци
шууд харсан сайхан мөч байлаа. Бидний санал хэдхэн сарын дотор хэрэгжинэ
гэж төсөөлөөгүй гэж хэлж болно."
Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар материйн энэ төлөвийг бат бөх кубит үүсгэхэд
ашиглах боломжтой. Тэд симулятор ашиглан квант спин шингэнийг
гайхалтай геометрийн массив болгон оруулснаар хэзээ нэгэн цагт
эдгээр квант битүүдийг бүтээх боломжтой болохыг харуулсан концепцын нотолгооны
тест хийсэн .
Эрдэмтэд квант спин шингэнүүд болон тэд хэрхэн илүү бат бөх
кубит үүсгэж болох талаар үргэлжлүүлэн судлахын тулд квант симулятораа
ашиглахаар төлөвлөж байна. Энэхүү судалгаа нь топологийн кубит үүсгэх
эхний алхам юм. Гэсэн хэдий ч, та үүнийг хэрхэн кодлож, удирдаж болохыг
харуулахын тулд илүү их судалгаа хийх шаардлагатай байна.
https://www.popsci.com/science/physicists-create-new-state-of-matter/?fr=operanews
https://www.techexplorist.com/never-before-seen-state-matter-quantum-spin-liquids/42757/
G. Semeghini et al. Probing topological spin liquids on a
programmable quantum simulator. DOI: 10.1126/science.abi8794
Мэдээ бэлтгэсэн: ИТЛ-ын инженер Г.Буянцэцэг