Ноль градусов или 25? Физики разрушили главное правило квантового мира.
NewsMakerАномальная симметрия помогла обнаружить неожиданную квантовую структуру.
Учёные из Нанкинского университета, Йельского университета и ряда других институтов обнаружили новый трёхмерный топологический фазовый переход вещества, который может существовать при ненулевой температуре. Ранее считалось, что такие состояния возможны только при абсолютном нуле, так как тепловые колебания разрушают их упорядоченность.
Топологические фазы вещества отличаются особым видом квантового порядка, основанного на дальнодействующей запутанности частиц, и обладают устойчивостью к локальным возмущениям. В своей работе исследователи описали новый вид такого порядка — так называемый фермионный торический код. Он характеризуется аномальной симметрией второго порядка, которая действует не на все степени свободы сразу, а только на замкнутые контуры в системе, реагируя на число «петлеобразных» возбуждений.
Как пояснил старший автор исследования Тайлер Эллисон, за последние годы физики научились создавать и управлять сложными квантовыми системами на различных платформах — от сверхпроводящих кубитов до фотонных технологий. Но в реальных условиях такие системы не изолированы от внешней среды, подвержены шумам и ошибкам, а при ненулевой температуре — ещё и тепловым флуктуациям. Это означает, что вместо «чистых» квантовых состояний в них возникает распределение вероятностей различных состояний.
Первоначально команда исследовала квантовые фазы в «шумных» системах, но неожиданно наткнулась на новый класс упорядоченности, способный сохраняться при ненулевой температуре. Ранее теоретические аргументы указывали, что в двух измерениях такое невозможно, а в трёх — крайне маловероятно. До этого были известны примеры только в четырёхмерных моделях, которые не реализуемы на практике.
Открытие фермионного торического кода даёт первый реальный пример трёхмерной квантовой фазы, существующей в тепловом равновесии. В дальнейшем учёные планируют разработать методы её экспериментальной реализации, в частности с использованием массивов нейтральных атомов , а также создать простые диагностические инструменты, позволяющие убедиться, что нужная фаза действительно получена. Это откроет путь к изучению экзотических свойств квантовых систем при ненулевой температуре и, возможно, к новым технологиям в квантовых вычислениях .
Учёные из Нанкинского университета, Йельского университета и ряда других институтов обнаружили новый трёхмерный топологический фазовый переход вещества, который может существовать при ненулевой температуре. Ранее считалось, что такие состояния возможны только при абсолютном нуле, так как тепловые колебания разрушают их упорядоченность.
Топологические фазы вещества отличаются особым видом квантового порядка, основанного на дальнодействующей запутанности частиц, и обладают устойчивостью к локальным возмущениям. В своей работе исследователи описали новый вид такого порядка — так называемый фермионный торический код. Он характеризуется аномальной симметрией второго порядка, которая действует не на все степени свободы сразу, а только на замкнутые контуры в системе, реагируя на число «петлеобразных» возбуждений.
Как пояснил старший автор исследования Тайлер Эллисон, за последние годы физики научились создавать и управлять сложными квантовыми системами на различных платформах — от сверхпроводящих кубитов до фотонных технологий. Но в реальных условиях такие системы не изолированы от внешней среды, подвержены шумам и ошибкам, а при ненулевой температуре — ещё и тепловым флуктуациям. Это означает, что вместо «чистых» квантовых состояний в них возникает распределение вероятностей различных состояний.
Первоначально команда исследовала квантовые фазы в «шумных» системах, но неожиданно наткнулась на новый класс упорядоченности, способный сохраняться при ненулевой температуре. Ранее теоретические аргументы указывали, что в двух измерениях такое невозможно, а в трёх — крайне маловероятно. До этого были известны примеры только в четырёхмерных моделях, которые не реализуемы на практике.
Открытие фермионного торического кода даёт первый реальный пример трёхмерной квантовой фазы, существующей в тепловом равновесии. В дальнейшем учёные планируют разработать методы её экспериментальной реализации, в частности с использованием массивов нейтральных атомов , а также создать простые диагностические инструменты, позволяющие убедиться, что нужная фаза действительно получена. Это откроет путь к изучению экзотических свойств квантовых систем при ненулевой температуре и, возможно, к новым технологиям в квантовых вычислениях .