Передбачена екзотична форма матерії з потенціалом для квантових обчислень

Нова робота передбачає можливість створювати фракціоновані електрони, відомі як неабелеві еніони (від анг. any), без магнітного поля, відкриваючи нові можливості для фундаментальних досліджень і майбутніх застосувань.

Фізики МТІ показали, що можливо створити екзотичну форму матерії, якою можна маніпулювати для формування кубітів будівельних блоків майбутніх квантових комп’ютерів, які будуть ще потужнішими, ніж квантові комп’ютери, що розробляються сьогодні.

Робота базується на минулорічному відкритті матеріалів, які містять електрони, які можуть розділятися на частки (фракції), але, що важливо, можуть робити це без застосування магнітного поля.

Загальне явище фракціоналізації електронів було вперше відкрито в 1982 році і призвело до Нобелівської премії. Однак ця робота вимагала застосування магнітного поля. Можливість створювати фракціоновані електрони без магнітного поля відкриває нові можливості для фундаментальних досліджень і робить матеріали, що містять їх, більш корисними для застосування.

Коли електрони розщеплюються на частки, ці фракції називаються еніонами. Будь-які бувають різних ароматів, або класів. Еніони, виявлені в матеріалах 2023 року, відомі як абелеві еніони. Тепер у статті, опублікованій у випуску Physical Review Letters від 17 жовтня, команда МТІ зазначає, що має бути можливим створити найекзотичніший клас еніонів -  неабелевих еніонів.

«Неабелеві еніони мають дивовижну здатність «пам’ятати» свої просторово-часові траєкторії; цей ефект пам’яті може бути корисним для квантових обчислень», — каже Лян Фу (Liang Fu), професор кафедри фізики МТІ та керівник роботи.

Далі проф. Фу зазначає, що «експерименти 2023 року з фракціоналізації електронів значно перевершили теоретичні очікування. Моя думка полягає в тому, що ми, теоретики, повинні бути сміливішими». Проф. Фу також пов'язаний з дослідницькою лабораторією матеріалів MТІ.

Робота та два пов’язані дослідження також були представлені в журналі Physics Magazine. Якщо це передбачення буде підтверджено експериментально, це може призвести до створення більш надійних квантових комп’ютерів, які зможуть виконувати більш широкий спектр завдань… Теоретики вже винайшли способи використовувати неабелеві стани як працездатні кубіти та маніпулювати збудженнями цих станів, щоб забезпечити стійкі квантові обчислення».

Поточна робота ґрунтувалася на останніх досягненнях у двовимірних матеріалах, або тих, що складаються лише з одного або кількох шарів атомів. «Увесь світ двовимірних матеріалів дуже цікавий, тому що ви можете складати їх і скручувати, а також грати з ними в Лего, щоб отримати різноманітні скручени сендвіч-структури з незвичайними властивостями», — каже аспірант Нісарга Пол (Nisarga Paul). Ці сендвічні структури, у свою чергу, називаються муаровими матеріалами (сімейство матеріалів, яскравим представником якого є скручений двошаровий графен).

Еніони можуть формуватися лише в двовимірних матеріалах. Чи можуть вони утворюватися в муарових матеріалах ? Експерименти 2023 року першими показали, що можуть. Незабаром після цього група під керівництвом Лон Джу (Long Ju), доцента фізики МТІ, повідомила про докази еніонів в іншому муаровому матеріалі.
                             
У поточній роботі фізики показали, що можна створювати неабелеві еніони в муаровому матеріалі, що складається з атомарно тонких шарів дітеллуриду молібдену. За словами Пола, «за останні роки муарові матеріали вже виявили захоплюючі фази матерії, і наша робота показує, що до списку можна додати неабелеві фази. Цей проект варіювався від справді конкретних числових розрахунків до досить абстрактної теорії та поєднував обидва. Я багато дізнався від своїх колег про дуже цікаві теми».

Про DCIM у забезпеченні успішної роботи ІТ-директора