รูปแบบของสสารที่เข้าใจยากที่เรียกว่าของเหลวสปินเว็บสล็อตแตกง่ายควอนตัมไม่ใช่ของเหลว และไม่หมุน แต่แน่นอนว่าเป็นควอนตัมคาดการณ์เมื่อเกือบ 50 ปีที่แล้ว ของเหลวควอนตัมสปินได้หลบเลี่ยงการตรวจจับขั้นสุดท้ายในห้องปฏิบัติการมาเป็นเวลานาน แต่ตอนนี้โครงตาข่ายของอะตอมเย็นจัดซึ่งถูกตรึงไว้ด้วยเลเซอร์ได้แสดงให้เห็นลักษณะเด่นของสสารที่หามายาวนาน รายงานในวารสาร Science 3 ธันวาคม
การพัวพันกับควอนตัมเข้าสู่พิกัดเกินจริงในวัสดุรูปแบบใหม่
แม้แต่อะตอมที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของโครงตาข่ายก็มีส่วนพัวพันกัน หรือการเชื่อมโยงควอนตัม ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติของอะตอมที่อยู่ห่างไกลก็มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน นักฟิสิกส์ Giulia Semeghini จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดผู้เขียนร่วมของการศึกษาใหม่กล่าวว่า “มันพันกันมาก” “หากคุณเลือกจุดใดจุดหนึ่งในระบบของคุณ พวกมันจะเชื่อมต่อกันผ่านการพัวพันอันยิ่งใหญ่นี้” นักวิจัยกล่าวว่าการพัวพันระยะยาวที่แข็งแกร่งนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์สำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม
วัสดุใหม่ตรงกับการคาดการณ์สำหรับของเหลวหมุนควอนตัมแม้ว่าการแต่งหน้าจะผิดเพี้ยนไปจากความคาดหวังทั่วไป ในขณะที่แนวคิดดั้งเดิมของของเหลวสปินควอนตัมอาศัยคุณสมบัติควอนตัมของสปิน ซึ่งให้สนามแม่เหล็กของอะตอม วัสดุใหม่นี้มีพื้นฐานมาจากความแปลกแยกของอะตอมที่แตกต่างกัน
ของเหลวสปินควอนตัมมาตรฐานควรเกิดขึ้นท่ามกลางอะตอมที่สปินขัดแย้งกัน การหมุนทำให้อะตอมทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็ก โดยปกติ ที่อุณหภูมิต่ำ อะตอมเหล่านั้นจะจัดเรียงขั้วแม่เหล็กในรูปแบบปกติ ตัวอย่างเช่น ถ้าอะตอมหนึ่งชี้ขึ้น เพื่อนบ้านชี้ลง แต่ถ้าอะตอมจัดอยู่ในรูปสามเหลี่ยม ตัวอย่างเช่น แต่ละอะตอมมีเพื่อนบ้านสองคนที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม การจัดเรียงนั้นทำให้คนที่สามไม่มีทางหันหลังกลับ — ไม่สามารถคัดค้านเพื่อนบ้านทั้งสองได้ในคราวเดียว
ดังนั้นอะตอมในของเหลวหมุนควอนตัมจึงปฏิเสธที่จะเลือก ( SN: 9/21/21 )
อะตอมกลับกลายเป็นการทับซ้อน เป็นการผสมผสานของควอนตัมของการหมุนขึ้นและลง และสถานะของอะตอมแต่ละอันเชื่อมโยงกับสถานะของเพื่อนร่วมชาติ อะตอมมีความผันผวนอยู่ตลอดเวลาและไม่เคยตกลงมาในรูปแบบการหมุนที่เป็นระเบียบ คล้ายกับที่อะตอมในของเหลวปกติกระจัดกระจายไปแทนที่จะจัดเรียงในรูปแบบการทำซ้ำอย่างสม่ำเสมอ ดังนั้นชื่อจึงเป็นเช่นนั้น
หลักฐานที่แน่ชัดของของเหลวสปินควอนตัมนั้นหาได้ยากในวัสดุที่เป็นของแข็ง ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยได้ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป: พวกเขาสร้างวัสดุเทียมที่ประกอบด้วยอะตอมรูบิเดียมที่ติดอยู่ 219 อะตอม ซึ่งทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิประมาณ 10 ไมโครเคลวิน (ประมาณ –273.15° องศาเซลเซียส) อาร์เรย์ของอะตอมหรือที่เรียกว่าเครื่องจำลองควอนตัมแบบตั้งโปรแกรมได้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถปรับวิธีที่อะตอมโต้ตอบเพื่อตรวจสอบรูปแบบที่แปลกใหม่ของสสารควอนตัมได้
ในการทดลองใหม่ แทนที่จะเป็นการหมุนของอะตอม สมบัติอื่นกลับสร้างความไม่ลงรอยกัน นักวิจัยใช้เลเซอร์เพื่อทำให้อะตอมอยู่ในสถานะ Rydbergซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนของอะตอมตัวหนึ่งถูกกระแทกให้มีระดับพลังงานที่สูงมาก ( SN: 8/29/16 ) หากอะตอมหนึ่งอยู่ในสถานะ Rydberg เพื่อนบ้านไม่ต้องการให้เป็นเช่นนั้น การตั้งค่านั้นทำให้เกิดความขัดแย้งของ Rydberg หรือไม่ก็คล้ายกับการต่อสู้แบบหมุนขึ้นและลงในของเหลวสปินควอนตัมแบบดั้งเดิม
นักวิทยาศาสตร์ยืนยันผลกระทบของของเหลวควอนตัมสปินโดยศึกษาคุณสมบัติของอะตอมที่ตกตามลูปที่ลากผ่านวัสดุ ตามควอนตัมคณิตศาสตร์ อะตอมเหล่านั้นควรมีคุณสมบัติบางอย่างเฉพาะของของเหลวสปินควอนตัม ผลลัพธ์ตรงกับความคาดหวังสำหรับของเหลวหมุนควอนตัมและเปิดเผยว่ามีสิ่งกีดขวางระยะยาวอยู่
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งกีดขวางของวัสดุคือโทโพโลยี นั่นหมายความว่ามันถูกอธิบายโดยสาขาของคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าโทโพโลยี ซึ่งวัตถุถูกกำหนดโดยคุณสมบัติทางเรขาคณิตบางอย่างตัวอย่างเช่น จำนวนของรู ( SN: 10/4/16 ) โทโพโลยีสามารถปกป้องข้อมูลไม่ให้ถูกทำลายได้ ตัวอย่างเช่น เบเกิลที่ตกลงมาจากเคาน์เตอร์จะยังคงมีรูอยู่เพียงรูเดียว คุณลักษณะการรักษาข้อมูลนี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งต้องต่อสู้กับ ข้อมูลควอนตัมที่ เปราะบางและถูกทำลายได้ง่ายซึ่งทำให้การคำนวณมีข้อผิดพลาด ( SN: 6/22/20 )
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี คริสโตเฟอร์ เลามันน์ จากมหาวิทยาลัยบอสตัน ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้กล่าวว่าวัสดุมีคุณสมบัติเป็นของเหลวสปินควอนตัมจริงหรือไม่ แม้ว่าจะไม่ได้อิงจากการหมุนก็ตาม ขึ้นอยู่กับการเลือกภาษาของคุณ นักฟิสิกส์บางคนใช้คำว่า “สปิน” เพื่ออธิบายระบบอื่นๆ ด้วยสองทางเลือกที่เป็นไปได้ เนื่องจากมีคณิตศาสตร์แบบเดียวกับการหมุนของอะตอมที่สามารถชี้ขึ้นหรือลงได้ “คำพูดมีความหมาย จนกว่าพวกเขาจะไม่มี” เขาแหย่ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับว่าคุณหมุนมันอย่างไรสล็อตแตกง่าย
