Calculatoarele cuantice ar putea crea o nouă formă de materie, care să prezinte structuri și calități ciudate nevăzute în natură. În viitor, aceasta ar putea ajuta la deblocarea unor proprietăți exotice similare cu supraconductivitatea.
Majoritatea materialelor solide sunt formate din atomi sau molecule care sunt influențate de forțele cu rază scurtă de acțiune provenite de la vecinii lor apropiați, un principiu cunoscut sub numele de localitate. Acest lucru dă naștere structurilor de rețea obișnuite, observate în compuși precum gheața sau sarea. Cu toate acestea, funcționarea computerelor cuantice nu este legată de această constrângere, așa că astfel de sisteme ar putea fi capabile să manipuleze materia în așa fel încât localitatea ar putea fi evitată.
Pentru a investiga această posibilitate, Joseph Tindall și colegii acestuia din cadrul Universității din Oxford au creat un model matematic, ce descrie sisteme de particule cuantice care pot să interacționeze cu orice altă particulă, nu doar cu vecinii lor.
Echipa a folosit un domeniu al matematicii denumit teoria grafurilor pentru a-și da seama dacă un astfel de sistem ar putea apărea cu adevărat, analizând constrângerile sistemelor care există în lumea reală.
„Pentru a avea de fapt o fizică cuantică adecvată, în care să existe mai multe corpuri, nu putem avea orice geometrie dorită. Trebuie să avem niște restricții foarte puternice asupra geometriei. Munca noastră demonstrează că este nevoie fie de aceste structuri de tip zăbrele, pe care oamenii le cunosc, fie de unele complet diferite”, a declarat Tindall.
În cadrul procesului a fost descoperită o nouă clasă de structuri, care aveau geometrii neobișnuite: unele particule din interiorul lor interacționau parțial cu altele, iar unele erau complet izolate. În urma folosirii algoritmilor de calcul pentru a calcula unele dintre proprietățile acestor particule a fost descoperită o structură care și-a schimbat proprietățile magnetice într-un mod complet diferit față de orice obiect din natură.
Deși translatarea și utilizarea acestei proprietăți în lumea reală este improbabilă, aceasta ar putea fi creată pe un computer cuantic.
„Există anumite platforme de calcul, precum computerele cuantice cu capcană de ioni, în care aproape că putem aplica interacțiuni între orice qubiți doriți. Deci, în principiu, aceste tipuri de structuri neregulate, despre care am vorbit în lucrarea noastră, ar putea fi realizate”, a declarat Tindall.
„Aplicarea teoriei grafurilor pe sistemele cuantice în acest fel este o abordare nouă. Acesta este un rezultat foarte interesant, care ne poate oferi mai multe informații despre noi tipuri de sisteme și conectivități la care nici măcar nu ne-am gândit înainte, deoarece ele nu ar apărea în mod normal în natură. Înțelegerea modului în care aceste sisteme ar funcționa în lumea reală este dificilă deoarece structurile pe care echipa lui Tindall le-a analizat nu iau în considerare o noțiune de distanță, ci doar conexiunile dintre particule. Ar fi foarte interesant dacă ele ar putea conduce la obținerea unor proprietăți exotice, asemănătoare supraconductivității”, a declarat Stephen Clark din cadrul Universității din Bristol, Marea Britanie.
„Nu suntem încă în stadiul în care putem crea materie cu astfel de proprietăți. De fapt, va mai dura câțiva ani până vom putea crea materialele de bază, pentru că va fi nevoie de elaborarea următoarei etape a teoriei. Totuși, aceasta este prima piatră de temelie în acest sens”, a declarat Thomas Elliott din cadrul Colegiului Imperial din Londra.
„Următorul pas va fi reprezentat de trecerea de la calculele statice la analizarea modului în care aceste sisteme ar putea evolua în timp”, a declarat Tindall.