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Pour la première fois, des scientifiques ont découvert en laboratoire un état de la matière longtemps prédit, mais jamais vu auparavant. En tirant un laser sur un réseau ultrafroid d'atomes de rubidium, les scientifiques ont forcé les atomes dans une soupe désordonnée d'incertitude quantique connue sous le nom de quantum densité de spin (liquide).
L'hypothèse de l'existence de la densité de spin quantique - un état rare de la matière dans lequel l'ordre magnétique à longue portée ne se forme pas à température nulle - a été proposée en 1973. Mais ce n'est que récemment que les scientifiques ont observé pour la première fois un liquide de spin quantique dans des conditions de laboratoire.
La partie "liquide" appartient aux électrons qui changent et oscillent constamment à l'intérieur du matériau magnétique à basse température. Contrairement aux aimants ordinaires, dans ce cas, les électrons ne se stabilisent pas et ne se déposent pas dans le réseau structuré du corps solide lors du refroidissement. Maintenant que cet état a été enregistré, on espère que la découverte accélérera le développement de puissants ordinateurs quantiques.
"C'est un moment très spécial dans ce domaine", déclare le physicien quantique Mykhailo Lukin de l'Université de Harvard dans le Massachusetts. "Vous pouvez réellement toucher et même pénétrer dans cet état exotique, le manipuler pour comprendre ses propriétés... c'est un nouvel état de la matière que les gens n'ont jamais pu observer auparavant."
Les aimants conventionnels contiennent des électrons dont le spin est orienté dans la même direction vers le haut ou vers le bas qui crée le magnétisme. Dans les liquides à spin quantique, un troisième électron est introduit, alors que deux spins opposés se stabilisent, le spin du troisième électron rompt l'équilibre. Cela crée un aimant "désordonné" où tous les spins ne peuvent pas se stabiliser dans la même direction.
Pour créer leur propre modèle de réseau désordonné, l'équipe a utilisé un simulateur quantique programmable construit en 2017. Le simulateur utilise un programme informatique quantique pour maintenir les atomes dans des formes arbitraires avec des lasers - tels que des carrés, des triangles ou des nids d'abeilles - et peut être utilisé pour concevoir diverses interactions et processus quantiques. Le simulateur utilise des faisceaux laser étroitement focalisés pour organiser individuellement les atomes, et en arrangeant les atomes de rubidium dans un réseau à motif triangulaire, les chercheurs ont pu créer un aimant instable avec les propriétés de l'intrication quantique - où les changements dans un atome coïncident avec un second atome intriqué.
Les liaisons entre les atomes indiquaient qu'une densité de spin quantique avait bien été créée.
"Vous pouvez pousser les atomes aussi loin que vous le souhaitez, vous pouvez modifier la fréquence du laser, vous pouvez vraiment modifier les paramètres de la nature d'une manière que vous ne pouviez pas dans le matériau où ces choses étaient étudiées auparavant", explique quantique le physicien Subir Sachdev de l'Université de Harvard. "Ici, vous pouvez regarder chaque atome et voir ce qu'il fait."
Les ordinateurs quantiques sont construits sur des bits quantiques, ou qubits, et on espère que les fluides de spin quantiques aideront à développer des qubits topologiques mieux protégés du bruit et des interférences externes.
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