Emergent Magnetic Monopoles 777x524 1 2
Thông tin công nghệ

Qubit Spin Ice: Monopoles từ tính nổi lên được cô lập bằng máy tính ủ lượng tử

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một máy tính ủ lượng tử D-Wave như một tấm thử nghiệm để kiểm tra hành vi của các đơn cực từ tính mới nổi. Được hiển thị ở đây, các đơn cực từ tính nổi lên đi qua một mạng tinh thể gồm các qubit trong một lò nung lượng tử siêu dẫn. Thông lượng nonzero được lập trình xung quanh ranh giới tạo ra một đơn cực bị mắc kẹt ở trạng thái cơ bản suy thoái. Tín dụng: Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos và Hệ thống D-Wave

Dự án đưa ra một bước tiến mới trong việc nghiên cứu sự xuất hiện, ‘vật liệu theo thiết kế’ và các loại hạt nano trong tương lai.

Sử dụng máy tính ủ lượng tử D-Wave làm giường thử nghiệm, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã chỉ ra rằng có thể cô lập cái gọi là đơn cực từ mới nổi, một loại quasipar, tạo ra một cách tiếp cận mới để phát triển “vật liệu theo thiết kế. ”

Cristiano Nisoli, tác giả chính của nghiên cứu tại Los Alamos, cho biết: “Chúng tôi muốn nghiên cứu các đơn cực từ trường nổi lên bằng cách khai thác động lực học tập thể của các qubit. “Các đơn cực từ, như là các hạt cơ bản chỉ có một cực từ, đã được nhiều người đặt ra giả thuyết, và nổi tiếng bởi Dirac, nhưng cho đến nay vẫn khó nắm bắt.

Họ nhận ra một tảng băng quay nhân tạo bằng cách sử dụng các qubit siêu dẫn của cỗ máy lượng tử như một khối xây dựng từ tính. Việc tạo ra các vật liệu từ tính với các đặc tính kỳ lạ theo cách này là đột phá về nhiều mặt. Quá trình của họ sử dụng định luật Gauss để bẫy các đơn cực, cho phép các nhà khoa học quan sát các động lực được kích hoạt lượng tử và sự tương tác lẫn nhau của chúng. Công trình này chứng minh một cách rõ ràng rằng các đơn cực từ không chỉ có thể xuất hiện từ cấu trúc spin bên dưới mà còn có thể được điều khiển, cô lập và nghiên cứu một cách chính xác.

“Nó đã được chỉ ra trong khoảng thập kỷ trước rằng các đơn cực có thể xuất hiện như là các quasiparno để mô tả các spin kích thích của các dạng hình học khác nhau. Trước đây, Cơ sở Trường xung của Phòng thí nghiệm Từ trường Cao Quốc gia tại Los Alamos tại Los Alamos đã có thể ‘nghe’ tiếng ồn đơn cực trong các đá spin nhân tạo. Và bây giờ, bằng cách sử dụng hệ thống ủ lượng tử D-Wave, chúng ta có đủ khả năng kiểm soát để thực sự bẫy một hoặc nhiều hạt này và nghiên cứu chúng riêng lẻ. Chúng tôi thấy chúng đi vòng quanh, bị đè xuống, và được tạo ra và bị triệt tiêu theo các cặp điện tích trái dấu. Và do đó, chúng tôi có thể xác nhận các dự đoán lý thuyết định lượng của chúng tôi, rằng chúng tương tác và thực tế là sàng lọc lẫn nhau, ”Nisoli nói.

“Bộ vi xử lý của D-Wave được thiết kế để tối ưu hóa vượt trội, nhưng cũng có thể được sử dụng như bộ mô phỏng lượng tử. Bằng cách lập trình các tương tác mong muốn của vật liệu từ tính của chúng ta thành các qubit của D-Wave, chúng ta có thể thực hiện các thí nghiệm cực kỳ khó khăn, ”Andrew King, giám đốc Nghiên cứu Hiệu suất tại D-Wave và là một tác giả của bài báo cho biết. “Công trình hợp tác mang tính chứng minh nguyên tắc này thể hiện khả năng thí nghiệm mới, cải thiện sức mạnh và tính linh hoạt của các nghiên cứu băng quay nhân tạo. Khả năng thao tác lập trình các chuẩn hạt nổi có thể trở thành một khía cạnh quan trọng trong kỹ thuật vật liệu và thậm chí cả tính toán lượng tử tôpô; chúng tôi hy vọng nó sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu trong tương lai. ”

Nisoli nói thêm, “Chúng tôi chỉ mới làm xước bề mặt của cách tiếp cận này. Các hệ thống băng quay nhân tạo trước đây được hiện thực hóa bằng các hạt nanomagnets, và chúng tuân theo vật lý cổ điển. Thay vào đó, nhận thức này hoàn toàn là lượng tử. Để tránh đi tắt đón đầu, từ trước đến nay, chúng tôi tập trung vào một nghiên cứu gần như cổ điển, nhưng trong tương lai, chúng tôi thực sự có thể thu thập các dao động lượng tử đó và điều tra các vấn đề rất kịp thời về sự tách rời, bộ nhớ, thông tin lượng tử và trật tự tôpô, với những ý nghĩa công nghệ đáng kể. ”

“Những kết quả này cũng có những hệ quả công nghệ đặc biệt liên quan đến DOE và Los Alamos, cụ thể là trong ý tưởng về vật liệu theo từng thiết kế, để sản xuất nanomagnets trong tương lai có thể hiển thị các chức năng tiên tiến và mong muốn cho cảm biến và tính toán. Monopoles, như là vật mang thông tin nhị phân, có thể liên quan đến spintronics. Họ cũng đóng góp đáng kể vào các khoản đầu tư D-Wave của Los Alamos, ”Alejandro Lopez-Bezanilla của Los Alamos, người làm việc trên bộ xử lý D-Wave và đã lắp ráp nhóm, lưu ý.

Nisoli, hơn nữa, gợi ý rằng bên cạnh những ứng dụng hiệu quả, những kết quả này có lẽ cũng có thể cung cấp thức ăn cho sự suy nghĩ của vật lý cơ bản.

“Các lý thuyết cơ bản của chúng tôi về hạt là các mô hình tham số hóa. Một người tự hỏi: hạt là gì? Ở đây, chúng tôi cho thấy bằng thực nghiệm rằng không chỉ các hạt mà còn cả các tương tác tầm xa của chúng có thể là mô tả cấp cao hơn của một cấu trúc cơ bản rất đơn giản, một cấu trúc chỉ được ghép nối ở các hàng xóm gần nhất . Thậm chí, các hạt và tương tác ‘thực’ mà chúng ta coi là cơ bản, chẳng hạn như lepton và quark, thay vào đó có thể được hiểu là mô tả mới nổi, cấp cao hơn của lớp con nhị phân cấp thấp hơn phức tạp hơn, giống như đơn cực của chúng ta xuất hiện từ một loạt qubit ? ”

Tham khảo: “Qubit spin ice” của Andrew D. King, Cristiano Nisoli, Edward D. Dahl, Gabriel Poulin-Lamarre và Alejandro Lopez-Bezanilla, 15 tháng 7 năm 2021, Science .
DOI: 10.1126 / science.abe2824

Kinh phí: Dự án này được tài trợ dưới sự tài trợ của Viện nghiên cứu do Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos chỉ đạo.

Giới thiệu về Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos

Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, một tổ chức nghiên cứu đa ngành tham gia vào khoa học chiến lược thay mặt cho an ninh quốc gia, được quản lý bởi Triad, một tổ chức khoa học an ninh quốc gia theo định hướng dịch vụ công do ba thành viên sáng lập sở hữu như nhau: Battelle Memorial Institute (Battelle), Texas A&M University System (TAMUS), và Regents of University of California (UC) cho Cục Quản lý An ninh Hạt nhân Quốc gia của Bộ Năng lượng.

Los Alamos tăng cường an ninh quốc gia bằng cách đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy của kho dự trữ hạt nhân của Mỹ, phát triển các công nghệ nhằm giảm thiểu các mối đe dọa từ vũ khí hủy diệt hàng loạt và giải quyết các vấn đề liên quan đến năng lượng, môi trường, cơ sở hạ tầng, y tế và các mối quan ngại về an ninh toàn cầu.

Giới thiệu về D-Wave Systems Inc.

D-Wave là công ty dẫn đầu trong việc phát triển và cung cấp các hệ thống, phần mềm và dịch vụ tính toán lượng tử và là nhà cung cấp máy tính lượng tử thương mại đầu tiên trên thế giới. Nhiệm vụ của chúng tôi là mở ra sức mạnh của điện toán lượng tử cho thế giới. Chúng tôi làm điều này bằng cách mang lại giá trị cho khách hàng với các ứng dụng lượng tử thực tế cho các vấn đề đa dạng như hậu cần, trí tuệ nhân tạo, khoa học vật liệu, khám phá thuốc, lập lịch trình, an ninh mạng, phát hiện lỗi và mô hình tài chính. Các hệ thống của D-Wave đang được sử dụng bởi một số tổ chức tiên tiến nhất trên thế giới, bao gồm NEC, Volkswagen, DENSO, Lockheed Martin, USRA, USC và Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos. Với trụ sở chính gần Vancouver, Canada, các hoạt động của D-Wave tại Hoa Kỳ có trụ sở tại Palo Alto, CA. D-Wave có cơ sở đầu tư blue-chip bao gồm PSP Investments, Goldman Sachs, BDC Capital, NEC Corp. và In-Q-Tel.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.