Oamenii de știință au creat noi forme exotice de materie care nu ar trebui să existe
Data: 4 mai 2026
Sursa: California Polytechnic State University
Rezumat: Un nou studiu de fizică cuantică dezvăluie că simpla modificare a unui câmp magnetic în timp poate debloca forme complet noi de materie care nu există în condiții normale. Prin "antrenarea" atentă a materialelor cu schimbări magnetice temporizate, cercetătorii au creat stări cuantice exotice care ar putea fi mult mai stabile și mai rezistente la erori - una dintre cele mai mari provocări în calculul cuantic. Această descoperire sugerează că viitorul tehnologiei cuantice ar putea depinde nu doar de ce sunt făcute materialele, ci de modul în care sunt manipulate în timp.
POVESTEA COMPLETĂ
Reglarea câmpurilor magnetice în timp poate debloca forme complet noi de materie - și un viitor mai stabil pentru tehnologia cuantică.
Se așteaptă pe scară largă ca tehnologia cuantică să transforme modul în care sunt procesate seturile de date mari și complexe. Deși este utilizată în prezent mai ales în laboratoare și medii de cercetare, domeniul se îndreaptă constant către aplicații din lumea reală într-o serie de industrii.
Într-un studiu recent care explorează elementele fundamentale ale fizicii cuantice, cercetătorii au examinat modul în care se comportă materia la scări extrem de mici, inclusiv atomii, electronii și fotonii. Lucrarea, condusă de lectorul departamentului de fizică Cal Poly, Ian Powell, s-a concentrat pe modul în care variația unui câmp magnetic în timp poate determina materia să prezinte proprietăți neobișnuite și nevăzute anterior.
Powell și studentul cercetător Louis Buchalter, care a obținut o diplomă de licență în fizică la Cal Poly în 2025, și-au publicat descoperirile în Physical Review B într-o lucrare intitulată "Flux-Switching Floquet Engineering".
Cercetarea lor arată că atunci când câmpurile magnetice sunt schimbate într-un mod controlat, dependent de timp, ele pot genera stări cuantice care nu există în materialele care rămân neschimbate în timp (rămânând în aceeași stare pe măsură ce timpul trece).
"La nivel de ansamblu, aș descrie acest lucru ca pe un progres în înțelegerea noastră asupra modului în care controlul dependent de timp poate crea și organiza noi forme de materie cuantică", a spus Powell. "Ideea centrală este că proprietățile cuantice utile pot depinde nu doar de ce este un material, ci de modul în care este antrenat în timp. În cazul nostru, arătăm că schimbarea periodică a unui câmp magnetic poate produce faze cuantice antrenate fără o contrapartidă statică."
Spre tehnologii cuantice mai stabile
Prin cronometrarea atentă a modului în care sunt aplicate câmpurile magnetice, oamenii de știință pot proiecta sisteme cuantice cu proprietăți mai stabile și mai puțin vulnerabile la "zgomot" sau imperfecțiuni. Aceste perturbări reprezintă o provocare majoră în tehnologia cuantică, ducând adesea la erori în calcule sau în performanța sistemului.
Powell a menționat că, deși detaliile tehnice pot fi dificil de explicat în afara domeniului, conceptul mai larg este clar. Descoperirile sugerează noi modalități de a crea și studia aceste stări cuantice neobișnuite în medii controlate, cum ar fi experimentele cu atomi ultraraci.
"Relevanța industrială cea mai directă a studiului nostru este pentru calculul cuantic și simularea cuantică, mai degrabă decât pentru un sector specific de utilizare finală în această etapă", a spus Powell. "Orice impact eventual asupra unor domenii precum farmaceutice, finanțe, producție sau industria aerospațială ar fi probabil indirect, prin contribuția la dezvoltarea pe termen mai lung a unor tehnologii cuantice mai bune. Pentru a trece la utilizarea industrială, următorii pași ar fi validarea experimentală și lucrări suplimentare care să conecteze aceste idei la platforme realiste de dispozitive cuantice."
Noi modele matematice în sistemele cuantice
Dincolo de crearea de noi stări cuantice, cercetarea a identificat, de asemenea, un principiu organizatoric matematic care oglindește modelele găsite de obicei în sistemele cuantice de dimensiuni superioare. Acest lucru sugerează că sistemele relativ simple, conduse de condiții în schimbare, ar putea oferi noi modalități de a explora fizica cuantică mai complexă. Echipa a cartografiat, de asemenea, modul în care se formează aceste stări exotice, dezvăluind o structură precisă în diagrama de fază topologică a sistemului. Această diagramă servește ca ghid vizual pentru diferite faze cuantice stabile, fiecare definită de proprietăți topologice fixe.
De ce este important controlul cuantic pentru calcul
Mecanica cuantică permite sistemelor de calcul să proceseze informații în moduri care depășesc cu mult capacitățile computerelor clasice. Aceste sisteme pot efectua simulări la scară largă, pot analiza seturi de date vaste și pot rezolva probleme complexe mai eficient. Câmpurile magnetice joacă un rol central în acest proces. Ele sunt utilizate în mod obișnuit pentru a controla și măsura biții cuantici (sau qubiții), unitățile fundamentale de informație cuantică. Qubiții sunt comparabili cu unitățile de 0 și 1 din calculul clasic (aplicat în calculul obișnuit în prezent) utilizate pentru a reprezenta stări electrice fizice.
Experiența de cercetare a studenților și munca viitoare
Pentru Buchalter, participarea la studiu a oferit o perspectivă valoroasă asupra procesului de cercetare și a comunicării științifice. "Multe despre procesul de efectuare a cercetărilor și despre modul în care noile descoperiri ale cercetării sunt comunicate în mod eficient cu comunitatea științifică mai largă."
"Am învățat că cercetarea este rareori un proces simplu, necesitând adesea perseverență și rezolvare creativă a problemelor în timpul unui proiect de cercetare", a spus Buchalter. "Cred că rezultatele noastre ajută la demonstrarea puterii ingineriei Floquet pentru realizarea sistemelor cuantice cu proprietăți foarte reglabile, deschizând calea pentru cercetări suplimentare în materia cuantică antrenată periodic și dezvoltarea aplicațiilor sale."
Buchalter intenționează să înceapă un program de masterat în știința și ingineria materialelor la Universitatea din Washington în toamnă, unde se va concentra pe studii experimentale ale materiei cuantice. De asemenea, el se gândește la o viitoare carieră într-un laborator național care lucrează la dezvoltarea dispozitivelor cuantice.
"Inițial, am preluat proiectul datorită interesului meu pentru fizica materiei condensate, cu toate acestea, am devenit fascinat de domeniul materialelor cuantice prin experiența mea", a spus Buchalter. "Sunt foarte interesat să continui să studiez materia cuantică și să ajut la dezvoltarea aplicațiilor sale în dispozitive electronice și fotonice."