Μετά από δεκαετίες αναζήτησης, οι ερευνητές είδαν μια σειρά ατόμων να περνούν από μια 1D αλλαγή φάσης τόσο αόριστη που θα μπορούσε να συμβεί μόνο μέσα σε έναν κβαντικό προσομοιωτή.
«Ένα κίνητρο [για το πείραμά μας] είναι να προσπαθήσουμε πραγματικά να κατανοήσουμε τη θεμελιώδη φυσική. Προσπαθούμε να κατανοήσουμε μόνο τις βασικές καταστάσεις στις οποίες μπορεί να βρίσκεται η ύλη», αναφέρει ο Alexander Schuckert στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ.
Αυτός και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ηλεκτρομαγνητικά πεδία για να τακτοποιήσουν 23 ιόντα του στοιχείου υττέρβιο σε μια γραμμή, σχηματίζοντας μια σχεδόν μονοδιάστατη αλυσίδα. Αυτή η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κβαντικούς υπολογισμούς, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την αλυσίδα ως προσομοιωτή.
Μέσα σε αυτό, κατασκεύασαν έναν 1D μαγνήτη υττερβίου ένα άτομο τη φορά. Προηγούμενοι υπολογισμοί προέβλεπαν ότι αυτός ο τύπος μαγνήτη θα γινόταν μη μαγνητισμένος όταν θερμανθεί, χάρη στα κβαντικά φαινόμενα. Αλλά κανένα προηγούμενο πείραμα δεν είχε επιτύχει αυτή τη μετάβαση φάσης.
Ένας λόγος για τη δυσκολία είναι ότι συστήματα όπως οι κβαντικοί υπολογιστές και οι προσομοιωτές συνήθως λειτουργούν καλά μόνο όταν είναι πολύ κρύα. Η θέρμανση τους για να πραγματοποιηθεί η μετάβαση φάσης μπορεί να προκαλέσει δυσλειτουργίες, τονίζει ο Schuckert.
Για να αποφευχθεί αυτό, αυτός και οι συνάδελφοί του συντόνισαν την αρχική κβαντική κατάσταση των ατόμων έτσι ώστε, όσο περνούσε ο καιρός, η συλλογική κατάσταση του 1D μαγνήτη άλλαξε σαν να είχε αυξηθεί η θερμοκρασία του. Αυτό αποκάλυψε τη μετάβαση φάσης που δεν είχε ξαναδεί.
Το επίτευγμα είναι πολύ εξωτικό επειδή οι αλυσίδες ατόμων γενικά δεν πρέπει να υποστούν μεταβάσεις φάσης, λέει ο Mohammad Maghrebi στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν. Οι ερευνητές μπόρεσαν να το κατασκευάσουν μόνο επειδή μπορούσαν να κάνουν κάθε ιόν να αλληλεπιδρά με άλλα που ήταν μακριά από αυτό, παρόλο που δεν ακουμπούσαν. Αυτό ώθησε όλη τη γραμμή σε μια ασυνήθιστη συλλογική συμπεριφορά.
Επειδή ο προσομοιωτής τους καθιστά δυνατές τέτοιες εξωτικές καταστάσεις ύλης, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη θεωρητικών συστημάτων που μπορεί να είναι πολύ σπάνια –ή ακόμα και να μην υπάρχουν– στη φύση, λέει ο Maghrebi.
Ο Schuckert προτείνει ότι οι κβαντικοί προσομοιωτές θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν στην εξήγηση των περίεργων ηλεκτρικών ή μαγνητικών συμπεριφορών που εμφανίζουν ορισμένα υλικά στον πραγματικό κόσμο. Αλλά για να γίνει αυτό, αυτές οι συσκευές πρέπει να μπορούν να φτάσουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες από αυτές που μπορούν σήμερα. Μπορούν επί του παρόντος να μοντελοποιούν μόνο εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά λέει ότι οι προσομοιώσεις υψηλότερης θερμοκρασίας μπορεί να είναι δυνατές εντός πέντε ετών.
Και ακόμη περισσότερα υπάρχοντα και θεωρητικά συστήματα θα μπορούσαν να μελετηθούν εάν οι προσομοιωτές μπορούν να γίνουν μεγαλύτεροι, για παράδειγμα με τη διάταξη των ιόντων σε δισδιάστατες συστοιχίες, λέει ο Andrea Trombettoni στο Πανεπιστήμιο της Τεργέστης στην Ιταλία. «Αυτό θα προτείνει νέα φυσική για εξερεύνηση», καταλήγει.
