Квантовый суп из атомов: новый взгляд на спиновую жидкость ⚡ экспресс
В квантовом симуляторе на основе N = 114 дипольных ридберговских атомов в геометрии кагоме экспериментально исследован фрустрированный спиновый обменный антиферромагнетик. С помощью локальной адресации адиабатически приготовлены низкоэнергетические состояния в поисках бесщелевой U(1) дираковской спиновой жидкости, предсказанной недавними теориями. Измерения локальной поляризации и спин-спиновых корреляций по протоколу показали переход от шахматного произведения состояний через промежуточный магнитный кристалл к разупорядоченной коррелированной жидкости. Плотность энтропии атомной жидкости сопоставима с таковой в фрустрированных магнитных изоляторах при температурах жидкого азота. Корреляции находятся в хорошем согласии с простым беспараметрическим анзацем для дираковской спиновой жидкости по знакопеременной структуре и пространственному спаду. Измерена статическая восприимчивость системы к локальному полевому воздействию и геометрическому искажению. Результаты показывают, что массивы ридберговских атомов — перспективная платформа для приготовления и микроскопического исследования кандидатов в квантовые спиновые жидкости.
Физики взяли 114 атомов рубидия, охладили до температур почти абсолютного нуля (как в экспериментах с жидким гелием) и аккуратно разложили в узор пчелиных сот. Затем они начали плавно менять силу взаимодействий, словно медленно повышая температуру в кастрюле. При низком «огне» атомы держались стройными магнитными рядами, похожими на кристалл. Но с ростом беспорядка твёрдый порядок исчез, уступив место жидкому состоянию, где каждый атомный магнит непрестанно вертелся, а вместе они напоминали круговороты в бурлящей воде.
Этот магнитный бульон, известный теоретикам как спиновая жидкость, ведёт себя удивительно: возникшие в нём возмущения бегут без торможения, подобно свету — масса для них не помеха. Именно такое поведение предсказывал Ричард Фейнман, размышляя о квантовых симуляторах. Проверки показали, что полученный суп — не просто хаос, а долгожданное состояние, которое может дать ключ к созданию квантовых компьютеров. Оказывается, даже из атомного беспорядка можно сварить идеальную среду для вычислений.
🎯 Возбуждения в этой магнитной жидкости движутся без сопротивления, как будто у них нет массы, — словно свет. Поэтому её называют «идеальной квантовой средой».