Фізики об'єднали два квантові Всесвіти

Вчені з Університету Райса продемонстрували, що незаперечні топологічні стани, які високо цінуються в квантових обчисленнях, можуть бути заплутані з іншими керованими квантовими станами в деяких матеріалах. "Ми виявили, що в певних кристалічних ґратах, де електрони "застряють", сильно пов'язана поведінка електронів в d-атомних орбіталях діє як f-орбітальні системи деяких важких ферміонів", - заявив Кіміао Сі, співавтор дослідження, опублікованого в Science Advances.

Дане відкриття поєднує різні області квантової фізики, які раніше зосереджувалися на різних властивостях квантових матеріалів. У топологічних матеріалах, наприклад, патерни квантової заплутаності утворюють «захищені», незмінні стани, корисні для квантових обчислень.

Дослідник Сі та його колега Хаою Ху створили та протестували квантову модель для вивчення зв'язку електронів у "фрустрованій" решітці, подібній до тих, які можна знайти в металах і напівметалах.

Сі та Ху показали, що електрони з d-атомних орбіталей можуть стати частиною великих молекулярних орбіталей. Також було виявлено, що електрони молекулярних орбіталях можуть заплутуватися з іншими "фрустрованими" електронами.

«У світі d-електронів ми маємо багатосмугове шосе. У світі f-електронів електрони рухаються на двох рівнях: один схожий на d-електронне шосе, а інший – на ґрунтову дорогу, де рух повільний», - пояснює Сі. Він також зазначає, що хоча f-електронні системи надають чисті приклади сильно корельованої фізики, вони не є практичними для щоденного використання.

Результати дослідження показали, що на практиці можна використовувати всі переваги, пов'язані з f-електронами, але за більш високих температур – можливо, навіть за кімнатної температури.