Физики создали новые состояния материи, изменяя магнитное поле во времени

Исследование, проведенное физиками из Калифорнийского политехнического университета, показало, что управляемое изменение магнитного поля во времени способно создавать совершенно новые квантовые состояния материи, которые отсутствуют в традиционных статических системах. Работа посвящена Флоке-инженерии — области квантовой физики, где свойства материала определяются не только его составом, но и внешними периодическими воздействиями. Ученые изучали квантовые системы под воздействием магнитного поля, которое меняется по строго заданному сценарию. Выяснилось, что такая динамическая "раскачка" системы может порождать устойчивые квантовые фазы, не встречающиеся в статической материи.

Ключевая идея исследования заключается в том, что свойства квантового материала могут формироваться не только его внутренней структурой, но и тем, как он изменяется во времени. Исследователи продемонстрировали, что периодическое переключение магнитного потока позволяет буквально "собирать" новые квантовые состояния с заранее заданными характеристиками. Особый интерес вызывает тот факт, что такие состояния могут быть более устойчивыми к шуму и ошибкам, что является одной из главных проблем современных квантовых вычислений. В обычных квантовых системах даже незначительные внешние помехи способны быстро разрушить хрупкое состояние кубитов. В новой работе учёные показали, что динамически управляемые квантовые фазы могут лучше противостоять подобным сбоям.

Исследователи также обнаружили математическую закономерность, характерную для более высокоразмерных квантовых систем, что позволяет использовать сравнительно простые установки для моделирования более сложной квантовой физики. 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 заключается в основном в фундаментальных исследованиях и развитии квантовых технологий. По словам Пауэлла, в ближайшем будущем результаты могут быть полезны для квантовых вычислений и моделирования, а в более отдаленной перспективе — косвенно повлиять на разработку новых материалов, электроники и фотонных устройств. Авторы подчеркивают, что следующим шагом должна стать экспериментальная проверка результатов, в том числе на установках с ультрахолодными атомами, где подобные квантовые состояния можно воспроизвести в реальности.

Источник