Бозе-стекло: новая фаза материи для квантовых компьютеров будущего

Ученые из Кембриджа разработали новую двухмерную фазу материи — бозе-стекло, где частицы остаются неподвижными, что позволяет сохранять сложные узоры на неограниченное время. Это открытие может привести к значительным улучшениям в области квантовых вычислений, включая повышение стабильности данных и снижение декогеренции.

Исследователи из лаборатории Кавендиш в Кембридже впервые создали двухмерную версию бозе-стекла, фазу материи, которая ставит под вопрос традиционные представления статистической механики. Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Бозе-стекло обладает некоторыми характеристиками обычного стекла, где все частицы локализованы. Это означает, что каждая частица остается на своем месте и не взаимодействует с соседними. В процессе эксперимента ученые использовали несколько лазерных лучей, чтобы создать квазипериодическую структуру, которая напоминает плитку Пенроуза — упорядоченную, но не повторяющуюся структуру. При заполнении этой структуры ультрахолодными атомами, охлажденными до нанокельвиновых температур, возникло бозе-стекло.

Особенность бозе-стекла в том, что оно сохраняет свою структуру и не «забывает» детали, что делает его важным объектом для исследований в квантовых вычислениях. Локализованная система не взаимодействует с окружающей средой, что позволяет квантовой информации дольше сохраняться в ней, открывая перспективы для создания более стабильных квантовых компьютеров.

Интересно, что в ходе эксперимента был наблюден резкий фазовый переход от бозе-стекла к сверхтекучей фазе, что можно сравнить с плавлением льда при повышении температуры. Сверхтекучие жидкости, как и бозе-стекло, представляют собой уникальные состояния материи, изучение которых может привести к важным открытиям в области квантовой механики.

Несмотря на потенциальные применения, ученые подчеркивают, что предстоит еще многое изучить, прежде чем использовать бозе-стекло в практических целях.