Eine Gruppe von Physikern der Harvard University unter der Leitung von Professor Mikhail Lukin hat eine künstliche Spinflüssigkeit geschaffen - einen in der Natur extrem seltenen Aggregatzustand. Es ist keine Flüssigkeit im üblichen Sinne. Dies ist ein besonderer Elektronenzustand in der Materie, in dem sich Elementarteilchen genauso verhalten wie in flüssigen Medien. Physiker haben diesen Zustand nicht nur reproduziert, sondern auch gezeigt, dass er manipuliert werden kann.
Das Hauptproblem bei Quantencomputern ist der extrem instabile Zustand von Qubits. Um ein Qubit vor versehentlichem Umschalten zu schützen, muss es von mechanischen, elektrischen, magnetischen, thermischen und anderen Einflüssen isoliert werden, was unter anderem durch Abkühlen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erreicht wird. 1997 schlug der Physiker Alexei Kitaev eine Theorie zur Entstehung sogenannter topologischer Qubits vor. Die Essenz von Kitaevs Idee besteht darin, ein System zu schaffen, in dem jeglicher Einfluss auf Qubits ihre Topologie in keiner Weise ändert.
Kitaevs topologische Qubit-Kandidaten waren Quasiteilchen wie Anionen (nicht zu verwechseln mit negativ geladenen Ionen) und Majorana-Fermionen. Der Physiker hat ein genaues analytisches Modell des Verhaltens solcher Quasiteilchen und allgemein ein Modell des Verhaltens von Spinflüssigkeiten erstellt. Es ist eine zuverlässige und funktionierende Theorie, innerhalb derer es möglich ist, Aggregatzustände zu erzeugen, zu studieren und zu wiederholen, die Wissenschaftler in der Natur praktisch nicht finden. Der Schlüssel hier ist das Erstellen und Verwalten, was auf die Entstehung einer neuen Klasse von Quantencomputern hoffen lässt.
Lukins Gruppe hat gerade eine solche Spinflüssigkeit geschaffen. Die Spins von Elektronen im Zustand einer Spinflüssigkeit eignen sich auch bei sehr tiefen Temperaturen nicht zur Ordnung, bleiben aber gleichzeitig gebunden. In der Materie treten Inseln mit kollektiv verschränkten Elektronenzuständen auf. Im Wesentlichen ist dies die Bildung von Quasiteilchen und der Weg zu topologischen Qubits mit natürlichem Fehlerschutz.
2021-12-16 18:53:53
Autor: Vitalii Babkin