Физики создали и изучили новое двухмерное состояние материи под названием стекло Бозе, которое может помочь ученым изучить концепцию, известную как локализация многих тел. Такая концепция может помочь квантовым компьютерам преодолеть декогеренцию, сохраняя информацию более локально и, таким образом, не пропуская ее в окружающую среду. Однако ученые еще многого не знают о стекле Бозе, поэтому потребуется время, чтобы действительно выяснить, каковы могут быть его потенциальные применения. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Индийский физик Шатьендранат Бозе хорошо известен своими работами в 1920-х годах, когда основы квантовой механики только зарождались. В его честь названы фундаментальные частицы бозоны, а также необычное состояние материи под названием конденсат Бозе-Эйнштейна.

Теперь же ученые создали новое состояние двухмерной материи под названием стекло Бозе. Оно уникально тем, что материал проявляет стекловидные свойства, но частицы в этом состоянии материи также локализованы. Это означает, что каждая частица как бы прилипает к себе и не взаимодействует с соседними атомами.

Физики сравнивают это явление с наливанием молока в чашку кофе. Вместо того чтобы иметь одинаковый коричневый цвет, две жидкости навсегда остаются разделенными, оставляя после себя бесконечный водоворот черного и белого цвета, также известный как локализация.

Физики на примере с чашкой кофе объясняют, что, зная количество налитого молока, можно предсказать окончательный цвет кофе после долгого помешивания. Если же нужно предсказать полную структуру белых и темных завитков во время помешивания, важно знать, куда было налито молоко и как именно выполняется помешивание.

Чтобы создать двухмерное стекло Бозе физики наложили лазерные лучи в не повторяющемся узоре, похожем на мозаику Пенроуза, и упорядочили их как обычный кристалл. Затем они заполнили структуру ультрахолодными атомами. Эта двухмерная структура позволила физикам изучать стекло Бозе в более простом формате.

По словам ученых, большим ограничением больших квантовых систем является то, что нельзя моделировать их на компьютере. Чтобы точно описать систему, нужно рассмотреть все ее частицы и все их возможные конфигурации. А это число растет очень быстро. Но теперь есть реальный двухмерный пример, который можно изучать напрямую и наблюдать его динамику и статистику.

Физики надеются, что двухмерное стекло Бозе может помочь в поиске материала для локализации многих тел, который может быть особенно полезен для квантовых компьютеров. Такой материал откроет много новых возможностей не только для фундаментальных исследований, но и для создания новых квантовых компьютеров, поскольку квантовая информация, хранящаяся в такой системе, должна оставаться более локальной и не просачиваться в окружающую среду.

Этот процесс называется декогеренция и с этой проблемой сталкиваются многие квантовые вычислительные системы, говорят ученые. В то же время физики говорят, что есть много вещей на гораздо более базовом уровне, которые они не понимают в стекле Бозе.

Поэтому потребуется некоторое время, чтобы действительно выяснить, каковы могут быть потенциальные применения этого состояния материи.