Новини науки

Учені вважають, що загадкове скло Бозе має великий потенціал для розвитку квантової фізики.

Фізики створили і вивчили новий двовимірний стан матерії під назвою скло Бозе, який може допомогти вченим вивчити концепцію, відому як локалізація багатьох тіл. Така концепція може допомогти квантовим комп'ютерам подолати декогеренцію, зберігаючи інформацію більш локально і, отже, не пропускаючи її в навколишнє середовище. Однак вчені ще багато чого не знають про скло Бозе, тому потрібен час, щоб дійсно з'ясувати, якими можуть бути його потенційні застосування. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Popular Mechanics.

Індійський фізик Шатьєндранат Бозе добре відомий своїми роботами в 1920-х роках, коли основи квантової механіки тільки зароджувалися. На його честь названо фундаментальні частинки бозони, а також незвичайний стан матерії під назвою конденсат Бозе-Ейнштейна.

Тепер же вчені створили новий стан двомірної матерії під назвою скло Бозе. Він унікальний тим, що матеріал проявляє склоподібні властивості, але частинки в цьому стані матерії також локалізовані. Це означає, що кожна частинка ніби прилипає до себе і не взаємодіє із сусідніми атомами.

Фізики порівнюють це явище з наливанням молока в чашку кави. Замість того щоб мати однаковий коричневий колір, дві рідини назавжди залишаються розділеними, залишаючи по собі нескінченний вир чорного і білого кольору, також відомий як локалізація.

Фізики на прикладі з чашкою кави пояснюють, що, знаючи кількість налитого молока, можна передбачити остаточний колір кави після довгого помішування. Якщо ж потрібно передбачити повну структуру білих і темних завитків під час помішування, важливо знати, куди було налито молоко і як саме виконується помішування.

Щоб створити двомірне скло Бозе, фізики наклали лазерні промені в не повторюваному візерунку, схожому на мозаїку Пенроуза, і впорядкували їх як звичайний кристал. Потім вони заповнили структуру ультрахолодними атомами. Ця двомірна структура дала змогу фізикам вивчати скло Бозе в простішому форматі.

За словами вчених, великим обмеженням великих квантових систем є те, що не можна моделювати їх на комп'ютері. Щоб точно описати систему, потрібно розглянути всі її частинки і всі їхні можливі конфігурації. А це число зростає дуже швидко. Але тепер є реальний двомірний приклад, який можна вивчати безпосередньо і спостерігати його динаміку та статистику.

Фізики сподіваються, що двомірне скло Бозе може допомогти в пошуку матеріалу для локалізації багатьох тіл, який може бути особливо корисним для квантових комп'ютерів. Такий матеріал відкриє багато нових можливостей не тільки для фундаментальних досліджень, а й для створення нових квантових комп'ютерів, оскільки квантова інформація, що зберігається в такій системі, повинна залишатися більш локальною і не просочуватися в навколишнє середовище. Цей процес називається декогеренція і з цією проблемою стикаються багато квантових обчислювальних систем, кажуть учені.

Водночас фізики кажуть, що є багато речей на набагато більш базовому рівні, які вони не розуміють у склі Бозе. Тому знадобиться деякий час, щоб дійсно з'ясувати, якими можуть бути потенційні застосування цього стану матерії.