เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ของเหลวหมุนควอนตัมมีอยู่ตามทฤษฎีเท่านั้น โดย ราหุล ราว | เผยแพร่เมื่อ 2 ธ.ค. 2564 16:00 น ศาสตร์หยดซิลิกอน
หยดซิลิกอนที่ใช้เพื่อแสดงการเคลื่อนไหวที่คล้ายกับอนุภาคควอนตัม อเล็กส์ ลาบูดา
ของแข็งประกอบด้วยอะตอมที่ถูกล็อกอยู่ในโครงสร้างที่เป็นระเบียบ ในทางกลับกัน ของเหลวประกอบด้วยอะตอมที่สามารถไหลไปมาได้อย่างอิสระและผ่านกันและกัน แต่ลองนึกภาพอะตอมที่ไม่ถูกแช่แข็ง เช่นเดียวกับที่อยู่ในของเหลว แต่อยู่ในระเบียบแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
Best ultrawide monitors of 2022
สิ่งที่คุณมีในตอนนั้นคือสถานะของสสารที่ไม่เคยเห็นมาก่อน สถานะของความแปลกประหลาดของควอนตัมที่เรียกว่าของเหลวสปินควอนตัม ตอนนี้ ด้วยการจัดการอะตอมอย่างระมัดระวัง นักวิจัยสามารถสร้างสถานะนี้ในห้องปฏิบัติการได้ นักวิจัยได้ตีพิมพ์ผลงานของพวกเขาในวารสารScienceเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม
นักวิทยาศาสตร์ได้อภิปรายทฤษฎีเกี่ยวกับของเหลว
ในการปั่นมาหลายปีแล้ว Giulia Semeghiniนักฟิสิกส์และ postdoc ที่ Harvard University ผู้ประสานงานโครงการวิจัยและเป็นหนึ่งในผู้ประสานงานโครงการวิจัยกล่าวว่า “แต่เราสนใจเรื่องนี้มากจริงๆ เมื่อนักทฤษฎีเหล่านี้ที่ Harvard University ค้นพบวิธีสร้างของเหลวสปินควอนตัม” ของผู้เขียนบทความ
ภายใต้สภาวะสุดโต่งที่มักไม่พบบนโลก กฎของกลศาสตร์ควอนตัมสามารถบิดอะตอมให้กลายเป็นสิ่งแปลกปลอมได้ทุกประเภท ยกตัวอย่างเช่น สสารเสื่อมคุณภาพที่พบในหัวใจของดาวฤกษ์ที่ตายแล้ว เช่น ดาวแคระขาวหรือดาวนิวตรอน ที่ซึ่งแรงกดดันมหาศาลจะเผาอะตอมให้กลายเป็นอนุภาคย่อยของอะตอม หรืออีกประการหนึ่งคือ คอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ ซึ่งมีอะตอมหลายอะตอมที่อุณหภูมิต่ำมากรวมกันเป็นหนึ่งเดียว (การกำเนิดของมันได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2544 )
ของเหลวหมุนควอนตัมเป็นรายการล่าสุดในสถานะที่เป็นความลับ อะตอมของมันไม่กลายเป็นน้ำแข็งในสถานะสั่งการใด ๆ และพวกมันอยู่ในฟลักซ์อย่างต่อเนื่อง
[ที่เกี่ยวข้อง: ชิปควอนตัมล่าสุดของ IBM ทำลายอุปสรรค 100-qubit ที่เข้าใจยาก ]
“สปิน” ในชื่อหมายถึงคุณสมบัติที่มีอยู่ในแต่ละอนุภาคไม่ว่าจะขึ้นหรือลงซึ่งก่อให้เกิดสนามแม่เหล็ก ในแม่เหล็กปกติ การหมุนทั้งหมดจะชี้ขึ้นหรือลงอย่างระมัดระวัง ในของเหลวสปินควอนตัม มีการหมุนครั้งที่สามในภาพ สิ่งนี้จะป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กที่เชื่อมโยงกันก่อตัวขึ้น
เมื่อรวมกับกฎลึกลับของกลศาสตร์ควอนตัม หมายความว่าการหมุนจะอยู่ในตำแหน่งต่างๆ พร้อมกันในคราวเดียว หากคุณดูอนุภาคเพียงไม่กี่อนุภาค ก็ยากที่จะบอกได้ว่าคุณมีของเหลวควอนตัมหรือมีคุณสมบัติอะไรบ้าง
ของเหลวสปินควอนตัมถูกสร้างทฤษฎีขึ้นครั้งแรกในปี 1973 โดยนักฟิสิกส์ชื่อPhilip W. Andersonและนักฟิสิกส์ได้พยายามที่จะรับมือกับเรื่องนี้ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา “การทดลองต่างๆ มากมาย… พยายามสร้างและสังเกตสถานะประเภทนี้ แต่สิ่งนี้กลับกลายเป็นว่าเป็นเรื่องที่ท้าทายมาก” Mikhail Lukinนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและหนึ่งในผู้เขียนบทความกล่าว
นักวิจัยที่ฮาร์วาร์ดมีเครื่องมือใหม่ในคลังแสงของพวกเขา นั่นคือสิ่งที่พวกเขาเรียกว่า ” โปรแกรมจำลองควอนตัม ” โดยพื้นฐานแล้วมันคือเครื่องจักรที่ช่วยให้พวกมันเล่นกับอะตอมแต่ละตัวได้ นักวิจัยสามารถสับเปลี่ยนอะตอมรอบตารางสองมิติเหมือนแม่เหล็กบนไวท์บอร์ดได้โดยใช้ลำแสงเลเซอร์ที่เน้นเฉพาะ
“เราสามารถควบคุมตำแหน่งของอะตอมแต่ละตัวได้” Semeghini กล่าว “เราสามารถจัดตำแหน่งพวกมันทีละตัวในรูปทรงหรือรูปแบบใดก็ได้ที่เราต้องการ”
นอกจากนี้ เพื่อตรวจสอบว่าพวกเขาสร้างของเหลว
สปินควอนตัมสำเร็จหรือไม่ นักวิจัยใช้ประโยชน์จากสิ่งที่เรียกว่าพัวพันควอนตัม พวกเขากระตุ้นอะตอมซึ่งเริ่มมีปฏิสัมพันธ์: การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของอะตอมหนึ่งจะสะท้อนให้เห็นในอีกอะตอมหนึ่ง เมื่อดูจากความสัมพันธ์เหล่านั้น นักวิทยาศาสตร์ก็พบคำยืนยันที่ต้องการ
ทั้งหมดนี้อาจดูเหมือนการสร้างเรื่องนามธรรมเพื่อประโยชน์ของนามธรรม – แต่นั่นเป็นส่วนหนึ่งของการอุทธรณ์ “เราสามารถสัมผัสมัน สะกิด เล่นกับมันได้ แม้กระทั่งในบางวิธีพูดคุยกับสถานะนี้ จัดการมัน และทำให้มันทำในสิ่งที่เราต้องการ” Lukin กล่าว “นั่นเป็นสิ่งที่น่าตื่นเต้นจริงๆ”
แต่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าของเหลวหมุนควอนตัมมีประโยชน์เช่นกัน เพียงแค่เข้าสู่อาณาจักรของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพที่จะแซงหน้าคอมพิวเตอร์แบบเดิมๆ เมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถสร้างแบบจำลองที่ดีขึ้นของระบบ เช่น โมเลกุล และคำนวณบางอย่างได้รวดเร็วยิ่งขึ้น
แต่สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถปล่อยให้สิ่งที่ต้องการได้ บล็อกเหล่านี้เรียกว่า qubits มักเป็นอนุภาคเดี่ยวหรือนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งไวต่อเสียงเล็กน้อยหรือความผันผวนของอุณหภูมิ ของเหลวปั่นด้วยควอนตัมซึ่งมีข้อมูลที่เก็บไว้ในวิธีการจัดเรียงอาจเป็น qubits ที่จู้จี้จุกจิกน้อยกว่า
หากนักวิจัยสามารถแสดงให้เห็นว่าของเหลวหมุนวนของควอนตัมสามารถใช้เป็น qubit ได้ Semeghini กล่าวอาจนำไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมรูปแบบใหม่ทั้งหมด
