Ученые приблизились к созданию квантовых спиновых жидкостей под экстремальным давлением

Топологически защищенная квантовая спиновая жидкость под экстремальным давлением в алмазной наковальне. Показана сотовая структура с фрустрированными и запутанными спинами электронов. Автор: Национальная лаборатория Аргонн

Ученые из Национальной лаборатории Аргонн (США) приблизились к созданию квантовой спиновой жидкости — экзотического состояния материи, которое может стать основой для более стабильных кубитов в квантовых компьютерах.

В квантовых спиновых жидкостях магнитные ориентации (спины) электронов никогда не застывают в фиксированном порядке, даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Это создает состояние «магнитного тупика» — фрустрации, когда спины не могут удовлетворить всех соседей одновременно.

«Достижение этого квантового спинового состояния стало бы важной вехой», — сказал аспирант Эдуардо Польди. «Некоторые типы квантовых спиновых жидкостей могут служить новой платформой для кубитов — основных строительных блоков квантового компьютера».

Исследователи изучали оксидный материал с кобальтом, натрием и сурьмой (NCSO), где атомы кобальта образуют сотовую структуру. Эта структура создает естественные условия для фрустрации спинов.

С помощью алмазной наковальни ученые сжали материал до давления более 1 миллиона атмосфер — примерно в 1000 раз больше, чем на дне океана. При таких экстремальных условиях обычный магнитный порядок подавляется, и материал приближается к состоянию спиновой жидкости.

Особенно важно, что теоретические модели предсказывают возможность создания топологически защищенной квантовой спиновой жидкости в таких материалах. Это означает, что квантовая информация в таких системах будет естественным образом защищена от внешних помех.

Результаты, опубликованные в журнале Communications Physics, показывают, что материал NCSO демонстрирует явные признаки приближения к состоянию спиновой жидкости, хотя природа этого состояния отличается от теоретических предсказаний.

«Квантовые спиновые жидкости с топологической защитой предоставляют захватывающий путь к созданию кубитов, которые естественным образом защищены от внешних помех», — отметил старший физик Дэниел Хаскел.

С недавним обновлением Advanced Photon Source исследователи смогут изучать перспективные материалы при давлениях в пять раз выше, что открывает новые возможности для поиска материалов с экзотическими квантовыми свойствами.