Физики кафедры квантовой информации и материи Калифорнийского технологического института обнаружили новое состояние материи – трехмерные жидкие квантовые кристаллы. Открытие обещает прогресс в разработке технологий сверхбыстрых квантово-компьютерных вычислений и, по мнению ученых, является «лишь вершиной айсберга».
Частицы обычных жидких квантовых кристаллов обладают фазой свободного движения (так как это все же жидкость), но при этом имеют некоторые характеристики, свойственные твердым веществам. Жидкие кристаллы можно создавать искусственным путем (их легко встретить в нашем быту, например, во всех дисплеях электронных устройств) либо найти в природе, где они формируют биологические клеточные мембраны.
Жидкие квантовые кристаллы были впервые обнаружены в 1999 году. Их частицы в основном ведут себя как частицы обычных жидких кристаллов, однако их электроны, как правило, ориентированы вдоль определенных осей. Электроны трехмерных жидких квантовых кристаллов, в свою очередь, могут обладать разными магнитными свойствами в зависимости от направления их движения вдоль заданной оси. С практической точки зрения это означает, что электрификация материала на их основе позволят превратить его в магнит или изменить силу или направление его магнетизма.
Благодаря такой особенности, по мнению исследователей, трехмерные жидкие квантовые кристаллы могут найти свое применение при разработке и производстве более эффективных компьютерных чипов. Открытие трехмерных жидких квантовых кристаллов также сократит путь к началу производства полноценных квантовых компьютеров, способных гораздо быстрее расшифровывать код и гораздо быстрее выполнять вычислительные операции благодаря квантовой природе частиц.
Создание квантового компьютера по-прежнему является чрезвычайно трудоемкой задачей ввиду самой специфики квантовых эффектов, которые весьма непостоянны. Квантовые состояния можно легко изменить или даже разрушить с помощью их простого взаимодействия с окружающей их средой. Эту проблему можно решить с помощью метода, требующего использования специальных материалов – топологических сверхпроводников. И именно здесь на главную роль могут претендовать трехмерные жидкие квантовые кристаллы.
«Тем же образом, как в свое время двумерные жидкие квантовые кристаллы рассматривались в качестве предвестников появления высокотемпературных сверхпроводников, трехмерные жидкие квантовые кристаллы рассматриваются предвестниками появления топологических сверхпроводников, которые мы все так ждем», — комментирует доцент физики Калтеха и один и участников исследования Дэвид Се.
«Вместо того чтобы полагаться на интуицию при разработке топологических сверхпроводников, у нас теперь есть рациональная основа в виде трехмерных жидких квантовых кристаллов», — добавляет Джон Хартер, ведущий автор исследования и автор пресс-релиза, опубликованного в научном журнале Science.
«Топологические сверхпроводники – наша следующая цель на повестке дня», — подытоживает Хартер.
