Обнаружен дефект одного атома в 2D-материале, который может хранить квантовую информацию при комнатной температуре

Ученые обнаружили, что «одиночный атомный дефект» в слоистом 2D-материале может удерживать квантовую информацию в течение микросекунд при комнатной температуре. Дефект, обнаруженный исследователями из университетов Манчестера и Кембриджа с использованием тонкого материала под названием гексагональный нитрид бора (hBN), демонстрирует спиновую когерентность — свойство, при котором электронный спин может сохранять квантовую информацию — в условиях окружающей среды. Они также обнаружили, что этими вращениями можно управлять с помощью света.

Представлена новая модель микроскопического происхождения энтропии астрофизических черных дыр

Исследователи из Пенсильванского университета и Атомного центра Барилоче представили новую модель микроскопического происхождения энтропии астрофизических черных дыр. Эта модель, опубликованная в статье Physical Review Letters, предлагает альтернативный взгляд на черные дыры. Ключевая идея работы заключается в том, что очень разные геометрии пространства-времени, соответствующие явно различным микросостояниям, могут смешиваться друг с другом из-за тонких эффектов квантово-механических «червоточин», которые связывают отдаленные области пространства. Учёт эффекта червоточин показал, что для любой вселенной, содержащей гравитацию и материю, энтропия чёрной дыры прямо пропорциональна площади её горизонта событий, как предположили Бекенштейн и Хокинг. Было показываем, что вселенные, которые отличаются друг от друга в макроскопических и даже космических масштабах, иногда можно понимать как квантовые суперпозиции других макроскопически различных вселенных. Это проявление квантовой механики в масштабах всей Вселенной.

Физики из Гарварда продемонстрировали самое длинное в мире расстояние между двумя узлами квантовой памяти

Команда физиков из Гарварда разработала практические основы первого квантового Интернета, соединив два узла квантовой памяти, разделенные оптоволоконной линией, развернутой по кольцу длиной примерно 22 мили через Кембридж, Сомервилл, Уотертаун и Бостон. Два узла располагались этажом друг от друга в Гарвардской лаборатории комплексной науки и техники. Каждый узел представляет собой очень маленький квантовый компьютер, сделанный из кусочка алмаза, имеющего дефект в атомной структуре, называемый центром кремниевых вакансий. Внутри алмаза резные структуры размером менее одной сотой ширины человеческого волоса усиливают взаимодействие между центром кремниевой вакансии и светом. Центр кремниевых вакансий содержит два кубита, или бита квантовой информации: один в форме электронного спина, используемого для связи, а другой в виде более долгоживущего ядерного спина, используемого в качестве кубита памяти для хранения запутанности (квантово-механический свойство, позволяющее идеально коррелировать информацию на любом расстоянии). Оба вращения полностью управляются микроволновыми импульсами. Эти алмазные устройства площадью всего несколько квадратных миллиметров размещены внутри холодильных установок, температура которых достигает -459°F.

Конденсация Бозе-Эйнштейна атомов цезия в неосновном состоянии

В рамках новаторской работы исследователи из Университета Инсбрука в сотрудничестве с Университетом Дарема впервые достигли бозе-эйнштейновской конденсации (БЭК) атомов цезия в неосновном состоянии. Это исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, открывает путь к новым экспериментам с ультрахолодными атомными газами и изучению квантовой физики многих тел. Достижение бозе-эйнштейновской конденсации зависит от поддержания благоприятного соотношения хороших и плохих столкновений. Упругие столкновения играют решающую роль в управлении процессами испарения и термализации, в то время как неупругие столкновения двух тел и рекомбинация трех тел могут снизить эффективность охлаждения до такой степени, что БЭК не может быть достигнут. Учёные определили две отдельные области магнитного поля, где возможна конденсация, с незначительными потерями двух тел и достаточно подавленными потерями трех тел.

Спектральные доказательства существования спинонов Дирака в антиферромагнетике с решеткой кагоме

Новое исследование, опубликованное в недавнем выпуске журнала Nature Physics, проливает свет на долгожданное появление квазичастиц, родственных знаменитым частицам Дирака и подчиняющимся его релятивистскому уравнению. Предполагалось, что эти квазичастицы, известные как спиноны Дирака, существуют в новом квантовом состоянии, называемом состоянием квантовой спиновой жидкости. Предыдущие исследования намекали на потенциал материала YCu3-Br проявлять квантово-спиновое жидкое состояние. Чтобы обеспечить возможность наблюдения спинонов в YCu3, исследовательская группа преодолела множество проблем, собрав вместе около 5000 монокристаллов, что соответствует требованиям для проведения экспериментов с неупругим рассеянием нейтронов. Эксперимент показал конические структуры спинового континуума, напоминающие характерный конус Дирака.

Управление отдельными многоатомными молекулами в оптической матрице для квантовых приложений

Группе физиков из Гарвардского университета впервые удалось поймать отдельные многоатомные молекулы в массивы оптических пинцетов. Физики нашли способ контролировать один тип молекул с тремя атомами — CaOH. Учёные начали с изоляции отдельных молекул в вакуумной камере, охлажденной до температуры чуть ниже 100 микрокельвинов, а затем с помощью оптических пинцетов (лазеров) разделили их, что позволило команде сосредоточить свои усилия на одной молекуле. Далее был разработан способ изображения отдельной молекулы, который доказал, что данный пинцет был загружен без разрушения изучаемой молекулы. Затем молекулу привели в желаемое квантовое состояние, что позволило контролировать ее вибрацию, вращение и ядерный спин.

Квантовая электроника показала, что заряд в двухслойном графене распространяется как свет

Международная исследовательская группа под руководством Гёттингенского университета экспериментально продемонстрировала, что электроны в встречающемся в природе двухслойном графене движутся как частицы без какой-либо массы, точно так же, как распространяется свет. Более того, они показали, что ток можно «включать» и выключать, что имеет потенциал для разработки крошечных энергоэффективных транзисторов — таких как выключатель света в доме, но на наноуровне. Это свойство быстро движущихся электронов было теоретически предсказано еще в 2009 году, но учёным потребовалось значительно улучшить качество образцов. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

Сбалансированный квантовый резистор Холла

Исследователи из Вюрцбургского университета разработали метод, который может улучшить характеристики стандартов квантового сопротивления. Он основан на квантовом аномальном эффекте Холла (QAHE). В тонких слоях и при достаточно больших магнитных полях сопротивление Холла (напряжение Холла делить на ток) начинает развиваться дискретными ступенями со значениями ровно h/ne², где h — постоянная Планка, e — элементарный заряд, а n — целое число. Это известно как квантовый эффект Холла, поскольку сопротивление зависит только от фундаментальных констант природы (h и e), что делает его идеальным стандартным резистором. Особенностью QAHE является то, что он позволяет квантовому эффекту Холла существовать при нулевом магнитном поле.

Метод плавающего блока для квантового моделирования Монте-Карло

Квантовые системы многих тел — это атомные ядра, которые состоят из множества крошечных частиц, движущихся сложным образом. Из-за этого чрезвычайно сложно предсказать, как поведут себя системы при взаимодействии частиц. Для расчета атомных ядер, соответствующих двум разным гамильтонианам, и того, как они перекрываются, был использован особый квантовый подход Монте-Карло, называемый «методом плавающего блока». Метод позволяет использовать квантовое моделирование Монте-Карло для создания быстрых и точных эмуляторов квантовых систем. Он работает путем вычисления данных для нескольких различных значений конкретных параметров, которые определяют квантовую систему. Вычислительная эффективность метода на несколько порядков выше, чем у других подходов, причем вычислительное преимущество становится еще больше с увеличением размера системы.

Сильно связанные спиновые волны и поверхностные акустические волны при комнатной температуре

При комнатной температуре удалось создать сильную связь между двумя формами волн в тонкой пленке — магнонами и фононами. Так как обычные звуковые волны на поверхностях плохо связываются с магнитами, то были использованы поперечные звуковые волны, которые лучше для этого подходят. В эксперименте был использован наноструктурный резонатор поверхностных акустических волн, который ограничивает ультразвуковые волны в определенном месте и усиливает поперечные звуковые волны, обеспечивая сильную связь между поверхностными звуковыми волнами и магнитами в резонаторе. Благодаря этому исследователям удалось добиться сильной магнитно-звуковой связи в пленке Co₂₀Fe₆₀B₂₀ при комнатной температуре.