Ученые воссоздали теоретическую модель квантовой физики на графеновом «Лего»
Мультидисциплинарная команда европейских исследователей нашла способ проверить теорию квантовой физики, описывающую многосоставную спиновую систему. Ученые создали платформу для экспериментального изучения квантовых законов и создания квантовых устройств на основе спина.
Самая маленькая единица информации в компьютере — бит — может находиться в состоянии «включено» или «выключено», то есть представлять один или ноль. Квантовые компьютеры имеют собственную версию бита — кубит. Он также имеет два основных состояния, однако квантовые эффекты позволяют находиться в суперпозиции этих состояний. Значит, кубит может одновременно представлять и единицу, и ноль в различных пропорциях, что теоретически позволяет ему принимать бесконечное количество состояний.
Одним из способов кодирования состояний «0» и «1» в кубите сделали ориентацию спина электрона. Спин — фундаментальное квантово-механическое свойство частиц, которое можно представить как некое вращение, направленное «вверх» (соответствует единице) или «вниз» (ноль).
При квантово-механическом взаимодействии спины начинают влиять на состояния друг друга: измените ориентацию одного — и она изменится у всех связанных спинов. Это способ «общения» кубитов между собой. Его можно описать математически, но даже для относительно простых цепочек из нескольких спинов точное решение необходимой для описания системы уравнений практически невозможно.
Европейские исследователи применили «квантовый конструктор» для демонстрации известной теоретической модели квантовой физики. Сотрудники лаборатории Empa nanotech@surfaces (Швейцария) разработали метод, позволяющий контролировать «общение» многих спинов, а также «прослушивать» их взаимодействия. Вместе с учеными из Международной лаборатории нанотехнологий Иберии (Португалия) и Технического университета Дрездена (Германия) удалось создать модель цепочки электронных спинов на графене и детально измерить ее свойства.
Базовая теория спинового взаимодействия проста: в цепи спинов каждый спин сильно взаимодействует с одним из соседей и слабо — с другим. Это одномерная чередующаяся модель Гейзенберга. В природе существуют материалы со спиновыми цепями, но их до сих пор не удавалось целенаправленно встроить в материал.
Для создания искусственного квантового материала ученые использовали маленькие фрагменты графена, состоящие менее чем из 50 атомов углерода каждая. Для выбранных нанографеновых молекул форма сильно влияет на физические свойства, в особенности на их спин. Каждый фрагмент выступал как своего рода наноразмерная квантовая «деталь Лего», из таких деталей ученые смогли собрать длинные цепочки.
Для своей реализации модели Гейзенберга исследователи взяли молекулу, называемую «чаша Клара». Она состоит из 11 углеродных колец, расположенных в форме песочных часов. Благодаря этой форме на каждом конце находится неспаренный электрон со своим спином. Хотя химик Эрих Клар предсказал существование такой молекулы еще в 1972 году, синтезировали ее только в 2019-м в команде Романа Фазеля (Roman Fasel) в лаборатории Empa nanotech@surfaces.
Исследователи соединили графеновые «чаши Клара» в цепочки на поверхности золота. Два спина на концах каждой молекулы связаны друг с другом слабо, в то время как спины, принадлежащие разным молекулам, связаны сильно — это идеальная реализация чередующейся гейзенберговской цепочки.
В итоге ученые смогли точно управлять длиной цепочек, выборочно включать и выключать отдельные спины и менять их состояние. Это позволило детально изучить физику нового квантового материала с помощью созданной платформы.
«Мы показали, что теоретические модели квантовой физики могут быть реализованы с помощью нанографена для экспериментальной проверки их предсказаний», — утверждает Фазель.
Научная работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Telegram 
Дзен 
VK С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Восьмилетнее исследование привело к выводу, противоречащему популярным стереотипам о вреде цифровых гаджетов для подрастающего поколения. Большое количество времени, проведенного перед экранами смартфонов, компьютеров или телевизоров в детстве, оказалось напрямую связано с более высокими когнитивными способностями в подростковом возрасте.
Археологи изучили одну из погребальных камер древнеегипетской гробницы и проследили, как менялась организация захоронений от XXV династии до птолемеевского периода. Исследователи пришли к выводу, что кажущийся беспорядок в гробнице на самом деле подчинялся определенной логике.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
У любителей кофе выявили расхождение в уровнях тестостерона: одна форма этого гормона повышалась вместе с количеством выпитого, а другая, напротив, снижалась. Результат оказался особенно интересным на фоне изменений других показателей, связанных с обменом веществ и здоровьем сердца.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии