Vuosien ajan opiskelijat ovat oppineet, että aineella on neljä havaittavissa olevaa tilaa: kiinteät aineet, nesteet, kaasut ja plasma. Mutta Cambridgen yliopiston ja Oak Ridge National Laboratoryn fyysikoiden tekemän työn ansiosta tiedekirjat on ehkä päivitettävä aivan uudella ainevaiheella: ”kvantti spinneste”.
Asiaan liittyvä sisältö
- E45-neutraalien etsiminen Antarktikasta tuottaa suuria määriä dataa
Vuosikymmenien kestäneen etsinnän jälkeen tutkijat ovat paljastaneet ensimmäisen osan havaittavissa olevaa näyttöä vaikeasti saavutettavasta tilasta, joka on hiljattain dokumentoitu Nature Materials -julkaisuun . Tässä on kolme asiaa, jotka täytyy tietää kvanttippinnesteestä:
Se ei ole oikeasti neste
”Kvanttisen spinnesteen” neste on melkein harhaanjohtava. Toisin kuin tutut nesteet, kuten vesi, tässä sana tarkoittaa itse asiassa kuinka elektronit käyttäytyvät tietyissä harvinaisissa olosuhteissa. Kaikilla elektronilla on ominaisuus, joka tunnetaan nimellä spin ja ne voivat pyöriä joko ylös tai alas. Yleensä materiaalin lämpötilan jäähtyessä sen elektroneilla on taipumus alkaa pyöriä samaan suuntaan. Materiaaleissa, jotka ovat kvanttippin nestemäisessä tilassa, elektronit eivät kuitenkaan koskaan kohdistu. Itse asiassa ne todellakin muuttuvat yhä epäjärjestyksellisemmiksi jopa absoluuttisen nollan lämpötiloissa, Fiona MacDonald raportoi Science Alertille . Se on tämä kaoottinen, virtaava luonto, joka sai fyysikot kuvaamaan tilaa "nestemäiseksi".
Se saa elektroneja näyttämään hajoavan
Jokainen maailmankaikkeuden atomi koostuu kolmesta hiukkasesta: protoneista, elektronista ja neutroneista. Fyysikot ovat havainneet, että protonit ja neutronit koostuvat vielä pienemmistä hiukkasista, joita kutsutaan kvarkeiksi, mutta toistaiseksi elektronien on todettu olevan jakamattomia. Noin 40 vuotta sitten teoreettiset fyysikot olettivat, että tietyissä olosuhteissa tiettyjen materiaalien elektronit saattavat näyttää jakautuvan kvaasipartikkeleiksi, joita kutsutaan ”Majorana fermioneiksi”, Sophie Bushwick kirjoittaa Popular Sciencelle .
Nyt elektronit eivät todellakaan hajoa toisistaan, ne vain käyttäytyvät kuin toimisivat. Mutta mikä todella outoa Majorana-fermioneista on, että ne voivat olla vuorovaikutuksessa kvantitasolla ikään kuin ne olisivat todella hiukkasia. Tämä outo ominaisuus antaa kvantti spinnesteille niiden epäjärjestysominaisuudet, koska Majorana-fermioiden väliset vuorovaikutukset estävät sitä asettumasta säännölliseen rakenteeseen, Bushwick kirjoittaa.
Toisin kuin veden molekyylien järjestys sen jäätyessä jääksi, kvanttisen kehruunesteen jäähdyttäminen ei johda häiriöiden vähentymiseen.
Kvantin kehräysnesteet voivat auttaa kehittämään kvantitietokoneita
Niin tehokkaita kuin nykyaikaiset tietokoneet voivat olla, niiden kaikki toiminnot kiehuvat tietojen koodaamiseen nolla- ja yksijonosekvensseinä. Toisaalta kvantitietokoneet voisivat teoriassa olla huomattavasti tehokkaampia koodaamalla tietoja subatomisilla hiukkasilla, jotka voivat pyöriä moniin suuntiin. Tämän ansiosta kvantitietokoneet voisivat suorittaa useita toimintoja samanaikaisesti, mikä tekee niistä eksponentiaalisesti nopeampia kuin normaalit tietokoneet. Tutkimuksen kirjoittajien mukaan Majorana-fermioneja voidaan käyttää yhtenä päivänä kvanttitietokoneiden rakennuspalikoina käyttämällä villisti pyörivää kvaasipartikkelia kaikenlaisten nopeiden laskelmien tekemiseen. Vaikka tämä on edelleen hyvin teoreettinen idea, mahdollisuudet tulevaisuuden kokeiluihin ovat jännittäviä.
