Az idő függvényében változó mágneses tér hatása
A Cal Poly tudósai – Ian Powell vezetésével – apró léptékben, atomok, elektronok és fotonok szintjén vizsgálták, hogyan változik az anyag viselkedése, ha a mágneses teret nem állandóan, hanem periodikusan módosítják. Megmutatták, hogy a gondosan időzített mágneses térváltások olyan kvantumállapotokat idéznek elő, amelyek stabilabbak, mint a hagyományos rendszereké. Ezek az új fázisok semmilyen statikus, az időtől független rendszerben nem fordulnak elő. A kutatás eredményeit a Physical Review B című folyóiratban tették közzé, „Flux-Switching Floquet Engineering” címmel.
Stabilabb kvantumtechnológiák küszöbén
Az egyik legnagyobb kihívás a kvantumtechnológiában az úgynevezett zaj, illetve a hibák okozta instabilitás a rendszerekben. Powell és csapata most bebizonyította, hogy az időben vezérelt, váltakozó mágneses terek segítségével a kvantumrendszerek stabilabbá és kevésbé hibára hajlamossá tehetők. Következésképpen ezek az eredmények új utakat nyithatnak például kvantumkísérletekben vagy ultrahideg atomos rendszerekben is.
Matematikai mintázatok és topológia a kvantumfázisokban
Az új kvantumállapotok létrehozása mellett a kutatóknak sikerült egy olyan matematikai szervezőelvet is leírniuk, amelyet korábban csak összetett, magasabb dimenziós kvantumrendszereknél véltek azonosítani. Így már egyszerűbb rendszerekben is bonyolult kvantumfizikai jelenségek tanulmányozása válik lehetővé. A csapat ráadásul térképet készített arról, mikor és hogyan alakulnak ki ezek a fázisok; a fázisdiagramok pontosan mutatják, hol melyik kvantumállapot lép fel.
Miért fontos ez a kvantumtechnológia számára?
A kvantummechanika egészen új lehetőségeket kínál az információfeldolgozásban, hiszen a kvantumszámítógépek olyan problémákat oldhatnak meg, amelyekre a hagyományos számítógépek képtelenek. E folyamatban kiemelt szerepet tölt be a mágneses tér: ennek segítségével vezérlik és mérik a kvantumbiteket, a qubiteket. A qubit az MI-alapú algoritmusokban is alapvető egység lehet, amely az adatfeldolgozási képességeket drámaian javíthatja.
Kutatói tapasztalatok és jövőbeli irányok
Louis Buchalter, a kutatásban közreműködő hallgató számára a projekt során nemcsak a kvantumfizikai jelenségek, hanem a kutatói munka folyamata, a kitartás és az innováció is sokat jelentett. Úgy véli, a Floquet-eljárás megnyitja az utat a testreszabható kvantumrendszerek és azok valós alkalmazásai előtt. Szeptembertől a Washingtoni Egyetemen, anyagtudomány szakon folytatja tanulmányait, később pedig akár kvantumeszköz-fejlesztéssel is szeretne foglalkozni. Buchalter szerint az ilyen kutatások hosszabb távon segíthetnek az MI-alapú eszközök és szoftverek továbbfejlesztésében is.
