.){kind=link}
För första gången upptäckte forskare i laboratoriet ett länge förutspått, men tidigare osett tillstånd av materia. Genom att avfyra en laser mot ett ultrakallt gitter av rubidiumatomer tvingade forskare in atomerna i en rörig soppa av kvantosäkerhet, känd som kvant spinndensitet (vätska).
Hypotesen om förekomsten av kvantspinntäthet – ett sällsynt tillstånd av materia där långdistansmagnetisk ordning inte bildas vid noll temperatur – föreslogs redan 1973. Men det var först nyligen som forskare först observerade en kvantspinnvätska under laboratorieförhållanden.
Den "flytande" delen tillhör elektroner som ständigt förändras och oscillerar inuti det magnetiska materialet vid låga temperaturer. Till skillnad från vanliga magneter, i detta fall stabiliserar inte elektronerna sig och sätter sig inte i den fasta kroppens strukturerade gitter vid avkylning. Nu när detta tillstånd har registrerats hoppas man att upptäckten ska påskynda utvecklingen av kraftfulla kvantdatorer.
"Detta är ett väldigt speciellt ögonblick på det här området", säger kvantfysikern Mykhailo Lukin från Harvard University i Massachusetts. "Du kan faktiskt röra vid och till och med peta in i detta exotiska tillstånd, manipulera det för att förstå dess egenskaper ... det är ett nytt materiatillstånd som människor aldrig har kunnat observera tidigare."
Konventionella magneter innehåller elektroner vars spinn är orienterad i samma riktning uppåt eller nedåt som skapar magnetism. I kvantspinnvätskor introduceras en tredje elektron, så medan två motsatta snurr stabiliserar varandra bryter den tredje elektronens spinn jämvikten. Detta skapar en "ordnad" magnet där alla snurr inte kan stabiliseras åt samma håll.
För att skapa sitt eget oordnade gittermönster använde teamet en programmerbar kvantsimulator byggd 2017. Simulatorn använder ett kvantdatorprogram för att hålla atomer i godtyckliga former med lasrar – som kvadrater, trianglar eller bikakor – och kan användas för att designa olika kvantinteraktioner och processer. Simulatorn använder hårt fokuserade laserstrålar för att individuellt arrangera atomerna, och genom att arrangera rubidiumatomerna i ett triangulärt mönstrat gitter kunde forskarna skapa en instabil magnet med egenskaperna hos kvantintrassling – där förändringar i en atom sammanfaller med en andra intrasslad atom.
Bindningarna mellan atomerna indikerade att en kvantspinntäthet verkligen hade skapats.
"Du kan trycka atomerna så långt du vill, du kan ändra frekvensen på lasern, du kan verkligen ändra naturens parametrar på ett sätt som du inte kunde i materialet där dessa saker studerades tidigare", säger quantum fysiker Subir Sachdev vid Harvard University. "Här kan du titta på varje atom och se vad den gör."
Kvantdatorer är byggda på kvantbitar, eller qubits, och man hoppas att quantum spin fluids kommer att hjälpa till att utveckla topologiska qubits som är bättre skyddade från externt brus och störningar.
Läs också: