Квантовый симулятор раскрывает тайны фазовых переходов в одномерных цепочках атомов

Классические представления о фазовых переходах, таких как замерзание воды или потеря намагниченности, традиционно связывают с трехмерными (3D) и двумерными (2D) системами. Однако теоретические работы Нобелевских лауреатов Дайсона и Таулеса предсказали возможность существования фазовых переходов и в одномерных (1D) системах при наличии дальнодействующих взаимодействий между атомами. До недавнего времени эти предсказания оставались исключительно теоретическими.
Квантовый симулятор раскрывает тайны фазовых переходов в одномерных цепочках атомов
Изображение носит иллюстративный характер

Группа исследователей из Центра квантовых вычислений Университета Дьюка (Duke Quantum Center) и Университета Мэриленда, опубликовавшая результаты своей работы в журнале Nature Physics, впервые экспериментально наблюдала фазовый переход в одномерной цепочке атомов. Экспериментальная часть работы была выполнена в Duke Quantum Center, в то время как теоретическое обоснование предоставили ученые из Университета Мэриленда.

В качестве квантового симулятора использовалось устройство на основе захваченных ионов. Цепочка из 23 ионов иттербия, удерживаемых электромагнитными полями, представляла собой одномерный «магнит». Ключевым элементом эксперимента стала возможность точной настройки взаимодействий между ионами, что позволило имитировать дальнодействующие силы, предсказанные Дайсоном и Таулесом.

Одной из основных сложностей в изучении фазовых переходов в квантовых симуляторах является невозможность традиционного «нагрева» системы. Подключение к тепловому резервуару разрушает квантовое состояние. Александр Шукерт (Университет Мэриленда), ведущий автор теоретической части, разработал новый метод «введения энергии», который был реализован Ором Кацем и Кристофером Монро в Университете Дьюка.

Используя разработанный метод, исследователи смогли наблюдать переход системы из намагниченного (упорядоченного) состояния в размагниченное (неупорядоченное) при увеличении энергии. Это первое в истории экспериментальное наблюдение фазового перехода при конечной энергии в одномерной атомной системе.

Успех эксперимента стал возможен благодаря многолетним усилиям под руководством Кристофера Монро по созданию и совершенствованию квантового симулятора на захваченных ионах. Теоретическую поддержку и руководство осуществляли профессора Горшков и Хафези из Университета Мэриленда.

Данное открытие демонстрирует потенциал квантовых симуляторов для исследования экзотических состояний материи и новых фазовых переходов, которые ранее были недоступны для экспериментального изучения. В дальнейшем исследователи планируют использовать двумерные массивы ионов для изучения более сложных систем и открытия новых фаз материи, а также усовершенствовать метод подготовки «нагретого» состояния для более низких (но конечных) температур и более сложных моделей материалов. Это позволит моделировать более широкий спектр квантовых явлений и углубить понимание квантового поведения в различных материалах.


Новое на сайте

20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси? 20853В Индии имя звонящего появится на экране вместе с номером 20852Как проверить готовность команды к звонку с клонированным голосом? 20851Уязвимости MarkLogic: делегированные права могли открыть путь к администраторскому...
Ссылка