Магнитные монополи на квантовом льду экспресс
Магнитные монополи — как половинки магнита, которые не могут существовать поодиночке в обычном материале. Но в спиновом льду они появляются парами, соединённые невидимой нитью — струной Дирака. Раньше такие монополи видели только в искусственных системах при комнатной температуре, но их квантовое движение оставалось загадкой.
Теперь исследователи взяли квантовый отжигатель — машину, которая решает задачи, находя минимумы энергии, — и превратили его в программируемый квадратный спиновый лёд. Каждый кубит стал маленьким магнитиком, а связи между ними настроили так, чтобы воспроизвести дипольное взаимодействие. Получилась решётка из более чем 400 вершин, где монополи могли свободно перемещаться.
Такой результат показывает, что квантовые отжигатели способны не только решать оптимизационные задачи, но и служить лабораторией для изучения экзотических квазичастиц. В перспективе это поможет понять, как возникают коллективные квантовые явления в сложных материалах.
Спиновый лёд получил своё название из-за сходства расположения спинов с положением протонов в водяном льду: там тоже возникает геометрическая фрустрация, не позволяющая всем парам взаимодействий быть удовлетворёнными одновременно.
В романе Грега Игана «Лестница Шильда» физики создают новую вакуумную фазу, где возникают монополи и экзотические частицы — чем-то похоже на программируемый квантовый спиновый лёд, только в космическом масштабе.