Физики открыли новые состояния материи с помощью динамического изменения магнитного поля

Исследователи из Калифорнийского политехнического университета продемонстрировали, что динамическое управление магнитным полем позволяет индуцировать принципиально новые квантовые состояния материи, которые принципиально недостижимы в равновесных условиях. Научный труд посвящен Флоке-инженерии — перспективной области квантовой физики, в которой функциональные свойства вещества определяются не только химическим составом, но и параметрами внешнего периодического воздействия.

В ходе экспериментов ученые анализировали отклик квантовых систем на воздействие магнитного поля, изменяющегося по строго детерминированному периодическому сценарию. Выяснилось, что подобная динамическая «накачка» способна стабилизировать квантовые фазы, не имеющие природных аналогов в классических материалах.

Фундаментальная концепция исследования заключается в том, что квантовые характеристики материала можно программировать, варьируя временные параметры его возбуждения. Авторам удалось доказать, что циклическое изменение магнитного потока позволяет целенаправленно синтезировать квантовые состояния с наперед заданными свойствами.

Особую значимость представляет потенциальная устойчивость данных фаз к декогеренции и шумам — главному препятствию на пути развития современных квантовых вычислительных систем. В то время как классические кубиты крайне чувствительны к малейшим внешним возмущениям, динамически управляемые квантовые фазы демонстрируют повышенную резистентность к подобным деструктивным факторам.

Кроме того, была выявлена математическая закономерность, присущая системам более высокой размерности. Это открытие позволяет использовать сравнительно простые экспериментальные установки в качестве аналоговых симуляторов для изучения сложнейших квантовых явлений.

В дополнение к теоретическим выкладкам была построена топологическая фазовая диаграмма — своего рода «навигационная карта», визуализирующая области стабильности экзотических квантовых фаз при различных режимах модуляции магнитного поля. Данная модель значительно упрощает определение условий перехода системы в новые состояния.

На текущем этапе практическая ценность работы сосредоточена в области фундаментальной физики и авангардных квантовых технологий. По мнению исследователей, полученные результаты могут быть имплементированы в архитектуры квантовых компьютеров и систем моделирования, а в долгосрочной перспективе — стать основой для создания принципиально новых материалов, электроники и фотоники.

Ученые подчеркивают, что ближайшей задачей является верификация теории на практике, в частности, с использованием систем на основе ультрахолодных атомов, где воспроизведение подобных экзотических состояний становится технически осуществимым.

Источник: iXBT