Strongly Correlated cond-mat.str-el

في أبسط سلسلة ذرية، يربط التنافر الإلكتروني عُقدًا تغير الشحنة الجماعية. يبدو أنه بالإضافة إلى 'تشويش' الشحنة المعتاد بسبب الازدحام، تنشأ مساهمة إضافية — وكأن عُقدة تظهر على حبل لا يمكن فكها. وهذا يُقرّبنا من صنع مواد يتدفق فيها التيار دون مقاومة.

في مادة أساسها الفاناديوم، تشكل الإلكترونات -نتيجة تفاعلها مع العزوم المغناطيسية- سائلاً ثقيلاً. وتحت ضغطٍ يحوّل الغرافيت إلى ألماس، يتجمد هذا السائل ويزول المغناطيس؛ إنه تحوّل كمي حرج يفتح الطريق نحو حالات جديدة للمادة.

تعتمد نماذج القوى الأساسية تقليديًا على الفرميونات – وهي جسيمات تتجنب جيرانها. أظهرت تجربة على البوزونات، التي على العكس من ذلك تنجذب إلى بعضها البعض، بشكل غير متوقع بنيةً ذات دوّامات متناوبة بإتقان. يقلّل هذا الاكتشاف التكاليف الحسابية ويقرّب عصر المحاكاة الكمومية الفعّالة.

تكشف الدراسة عن انتقال غير عادي في سلاسل مغناطيسية أحادية البعد، حيث تتعايش الحالة المنظمة وغير المنظمة. كان المفتاح هو التناظرات غير القابلة للعكس — قواعد بلا حركة عكسية، مثل باب يفتح للداخل فقط. هذا لم يُمكّن فقط من وصف نقطة حرجة واحدة، بل أنتج عائلة كاملة من أمثالها باستخدام تحويل رياضي بسيط. إن

في بعض الأنظمة الكمومية، تنتشر المعلومات ليس تدريجيًا بل مثل الانهيار الجليدي. تعمل التناظرات الإضافية مثل 'ناشرين فائقين' للإشاعات. هذا ينقض المفاهيم السابقة عن السرعة القصوى للفوضى ويبشر باختراق في التقنيات الكمومية.

لإدارة عدد كبير من الجسيمات الكمومية، لجأ العلماء إلى أسلوب التجربة والخطأ: حيث تعلّم وكيل حاسوبي، لا يرى سوى جزء من الأحداث، كيف يحدّ من نمو الروابط بين الجسيمات. عادةً ما تملأ هذه الروابط (التشابك) كامل الفضاء بسرعة، كالفوضى. لكن الوكيل يُقيم 'اختناقات' تكبح التشابك على السطح، محوّلةً الفوضى الحجم

بلورة Mn3Si2Te6، تحت تأثير مجال مغناطيسي وتيار ضعيف، تظهر مقاومة قوية — تماماً كنابض يمنع التيار من التغير. داخلها، تتبدل دوامات مجهرية من تيارات الإلكترونات بتناغم. وهذا سيسمح بصنع مكونات مصغرة للإلكترونيات الكمومية دون تقنيات معقدة.

أثبت العلماء بدقة أن الحالات الخاصة في الموصلات الفائقة ليست جسيمات غامضة مطابقة لجسيماتها المضادة، بل مجرد تجمعات إلكترونية عادية ذات شحنة. وهذا يلغي فكرة استخدامها في الحوسبة الكمومية الموثوقة عبر 'الضفر'. والآن قد يضطر الفيزيائيون إلى إعادة النظر في نظرية الموصلية الفائقة نفسها.

قام العلماء بنمذجة مادة مغناطيسية ذات نمط كاغومي على حاسوب كمومي. واتضح أن الضوضاء الصادرة عن الكيوبتات الإضافية لا تعيق، بل تطيل عمر التذبذبات الدورية (البلورة الزمنية)، بل وتخلقها أحيانًا. هذه طريقة للتحكم في الحالات الكمومية باستخدام الأخطاء الحتمية.

قام الباحثون على الحاسوب الكمومي بنمذجة مادة ورأوا لأول مرة كيف تتشكل الأزواج الإلكترونية – تلك المسؤولة عن الموصلية الفائقة. في السابق، كان يتم رصدها بطرق غير مباشرة فقط. تثبت التجربة أن الأجهزة الكمومية تقرّبنا من موصلات فائقة تعمل دون تبريد.

على شبكة تشبه السجادة المنسوجة، تشكل الجسيمات حالات ساكنة تمامًا. وبفضل التداخل الكمومي، لا تختلط بالبيئة المحيطة، مثل العُقد المشدودة. هذه الجسيمات «المحبوسة» هي مرشحة لتكون ذاكرة مثالية. وعندما يلتف زوج من هذه الجسيمات حول بعضهما البعض، ينسجان ضفائر، مما يغير الخصائص، ويفتح الباب أمام حوسبة كمومية

وضع العلماء نموذجًا لسائل كمي مغزلي على شبه بلورة واكتشفوا أن مجالًا مغناطيسيًا ضعيفًا يجعل الأنيونات - جسيمات بشحنة كسرية - تتحرك في مسارات مغلقة أو تتجمد تمامًا. يثبت هذا أن النمط الهندسي يمكنه التحكم في الجسيمات الغريبة، مما يبشر بتطبيقات في الحواسيب الكمومية.

مادة مغناطيسية، حيث تكون الطبقات ممغنطة بالتناوب، مثل كومة من الفطائر. يؤدي تشويه صغير في الشبكة المثلثية (كاغومي) باستخدام دمبلات الجرمانيوم إلى جعل قلب طبقة كاملة مكلفًا من حيث الطاقة، بينما يكون قلب سلسلة واحدة سهلًا تقريبًا. وهذا يفتح الطريق للتحكم في الأنماط المغناطيسية.

عن ماذا يدور العمل: دراسة شكل بحر فيرمي — حالة تملأ فيها الجسيمات مستويات الطاقة مثل السائل، متبعةً مبدأ باولي. ما الجديد: لأول مرة نحصل على خاصية أويلر تجريبياً — مقياس للثقوب النافذة في هذا التركيب. لماذا هو مهم: أظهرنا أن طوبولوجيا البحر تتجلى في تجمعات الجسيمات، وأن هذا المنهج صالح لاستقصاء أوسا

نَمْذَجَ الفيزيائيون سلوك فقاعات الفراغ الحقيقي داخل الفراغ الكاذب باستخدام نظام جسيمات مبسّط. وتبيّن أن الفقاعة إما تتوسع بلا حدود أو تختفي، اعتمادًا على حجمها الأولي ومتانة الروابط الداخلية. وقد تكون آلية مماثلة قد أطلقت الانفجار العظيم. يقترح الباحثون اختبار النظرية عبر محاكي كمومي – مصفوفة من ال

أظهرت التجربة: على عكس النظريات، تتحرك شائبة في نظام أحادي البعد دون مقاومة. وبعد تعديل سريع تصبح السرعة ثابتة، ولا تُبذل طاقة. إنجاز كبير للاتصالات الكمومية.

رُصّت الذرات في نمط قرص العسل، وتم تغيير تفاعلاتها لتحويل البلورة المغناطيسية إلى مرق يغلي ويتدفق. وفي هذه الفوضى، ظهر نظام خفي: تجري الإثارات كالضوء. وقد يصبح هذا 'السائل المغزلي' أساساً لحواسيب كمومية في المستقبل.

إضافة البوزونات، وهي جسيمات اجتماعية بطبعها، تلصق الإلكترونات في أزواج أكثر تماسكًا، مما يسمح للموصلية الفائقة بالبقاء عند درجات حرارة أعلى. هذا التأثير واسع النطاق ويمكن اختباره باستخدام الذرات فائقة البرودة والمواد الطبقية.

على معالج كمومي من IBM، قام العلماء بتدوير 28 جسيماً كمومياً دواراً بشكل دوري. تزامن دورانها دون أي تأثير خارجي. كان هناك تناظر يشبه قاعدة خفية يحمي هذا الإيقاع. مع 156 جسيماً، تزامن بعضها بينما ظل الباقي يدور بشكل فوضوي - هذه كيميرا كمومية، تفتح الطريق نحو أجهزة فائقة الاستقرار.

تنسى الأنظمة الكمومية عادة حالتها الأولية بسرعة، لكن الفيزيائيين وجدوا طريقة لإبطاء هذه العملية. على معالج IBM ذي 144 كيوبت، تطورت الحالة عبر 5000 دورة، ونمت الإنتروبيا — مقياس الفوضى — ببطء شديد بحيث ذكّرت بتبخر ثقب أسود في عرض بطيء. وهذا يثبت إمكانية نمذجة أنظمة معقدة وصنع ذاكرة كمومية موثوقة.

ابتكر العلماء بنية ثلاثية الأبعاد تحمي المعلومات الكمومية طبقة تلو الأخرى من الضوضاء الحرارية، مثل الدمى الروسية المتداخلة. يبقى الكيوبت مستقراً لفترة طويلة جداً، مما يمهد الطريق لحواسيب كمومية تعمل دون تبريد شديد.

عن ماذا يدور العمل: يدرس الفيزيائيون بلورات الزمن - حالة من المادة تتغير دوريًا، حتى بدون إمداد بالطاقة. ما الجديد: طُوِّر تصنيف لهذه الأطوار: القفزية، والسلسة، والغريبة - على غرار المعادن المختلفة. لماذا هو مهم: سيساعد ذلك في إنشاء مثل هذه البنى بشكل هادف لساعات فائقة الدقة وحواسيب كمومية.

باستخدام سطح ميتا مسطح بحجم عملة معدنية، حلّ محل العدسات الضخمة، تمكن العلماء لأول مرة من احتجاز 11 ألف ذرة. يفتح هذا الإنجاز الطريق أمام حواسيب كمومية بعشرات الآلاف من الكيوبتات، قادرة على حل مسائل تعجز عنها الحواسيب التقليدية.

اكتشف الفيزيائيون أن الضوضاء المتسقة تولد نمطًا مستقرًا من الجسيمات التي تتحرك بشكل صارم في اتجاه واحد. يشبه ذلك الموجة المكسيكية في الملاعب، المتجمدة في اتجاه واحد. يقلب هذا الاكتشاف المفاهيم القائلة بأن التداخلات تدمر دائمًا التأثيرات الكمومية: يمكن للضوضاء أن تكون مهندس النظام.