Os físicos, pela primeira vez, reproduziram um estado único da matéria – fluido de rotação

Um grupo de físicos da Universidade de Harvard sob a liderança do professor Mikhail Lukin criou um líquido de spin artificial – um estado da matéria extremamente raro na natureza. Não é um líquido no sentido usual. Este é um estado especial dos elétrons na matéria, no qual o comportamento das partículas elementares é o mesmo que no meio líquido. Os físicos não apenas reproduziram esse estado de coisas, mas também mostraram que ele pode ser manipulado.

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O principal problema dos computadores quânticos é o estado extremamente instável dos qubits. Para proteger um qubit de comutação acidental, ele deve ser isolado de influências mecânicas, elétricas, magnéticas, térmicas e outras, o que é obtido, entre outras coisas, pelo resfriamento a temperaturas próximas do zero absoluto. Em 1997, o físico Alexei Kitaev propôs uma teoria para a criação dos chamados qubits topológicos. A essência da ideia de Kitaev é criar um sistema no qual qualquer impacto nos qubits não mudaria sua topologia de forma alguma.

Os candidatos de Kitaev para qubits topológicos eram quasipartículas como ânions (não devem ser confundidos com íons carregados negativamente) e férmions de Majorana. O físico criou um modelo analítico preciso do comportamento de tais quasipartículas e, em geral, um modelo do comportamento dos fluidos de spin. É uma teoria confiável e funcional, dentro da qual é possível criar, estudar e repetir os estados da matéria que os cientistas praticamente não encontram na natureza. A chave aqui é criar e gerenciar, o que dá esperança para o surgimento de uma nova classe de computadores quânticos.

O grupo de Lukin acabou de criar esse fluido de rotação. Os spins dos elétrons no estado de um líquido de spin não se prestam à ordenação mesmo em temperaturas ultrabaixas, mas ao mesmo tempo eles permanecem ligados. Ilhas com estados coletivos de elétrons emaranhados aparecem na matéria. Em essência, esta é a formação de quasipartículas e o caminho para qubits topológicos com proteção de erro natural. Cientistas relataram o estudo em um artigo na revista Science.