Harvard-Wissenschaftler haben einen völlig neuen Zustand der Materie nachgewiesen, der die wissenschaftliche Forschung letztendlich verändern und zu Behandlungen für Krankheiten wie Alzheimer führen könnte.
Ein Team der University of Massachusetts konnte die Existenz der Substanz namens Quanten-Spin-Fluid nachweisen. Ihre Entdeckung erfolgte etwa 50 Jahre, nachdem Wissenschaftler zum ersten Mal die Möglichkeit eines Aggregatzustands vorhergesagt hatten.
Die Quanten-Spin-Flüssigkeitsteilchen divergieren weit, bleiben aber aufgrund der magnetischen Eigenschaften ihrer Atome verbunden.
Obwohl das Konzept der Materie und die Experimente zu ihrem Beweis recht komplex sind, kann es letztendlich sehr nützliche Anwendungen in der realen Welt haben.
Denn die Quanten-Spin-Flüssigkeit kann die Entwicklung neuer Quantencomputer stark beschleunigen.
Diese Maschinen, deren Entwicklung noch in den Kinderschuhen steckt, können Probleme viel schneller lösen als heute Computer. Wissenschaftler erwarten, dass sie die Medizin verändern werden und schließlich Behandlungen für Krankheiten hervorbringen könnten, die derzeit nicht wirksam behandelt werden können, einschließlich Alzheimer.
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Ein neuer Aggregatzustand, den Wissenschaftler vor fast 50 Jahren vorhergesagt haben, wurde in einem Labor von einem Team von Harvard-Physikern demonstriert. Der neue Zustand wird als Quantenspinflüssigkeit bezeichnet (gespeichertes Bild)
Materie ist jede Substanz, die Masse hat und Raum einnimmt, indem sie ein Volumen hat.
Das Harvard-Team hat den neuen Aggregatzustand mit einem „programmierbaren Quantensimulator“ nachgebildet, einem Quantencomputer, der Laser verwendet, um eine physikalische Umgebung zu reproduzieren und die Geometrie von Atomen und deren Wechselwirkungen zu manipulieren. Dieser neue Aggregatzustand kann nun genutzt werden, um wünschenswerte Quantentechnologien wie Quantencomputer zu entwickeln.
Der Physiker Philip W. Anderson sagte 1973 erstmals eine Quantenspin-Flüssigkeit voraus, aber der Zustand wurde nie in Experimenten beobachtet.
Anstatt jedoch zu versuchen, seine Existenz auf dem Papier zu beweisen, verwendete das Harvard-Team einen experimentellen Ansatz, um es im Labor nachzubauen.
Julia Simegini, Postdoktorandin am Max-Planck-Harvard-Forschungszentrum für Quantenoptik und Erstautorin der Studie, sagte in Aussage: „Einige Harvard-Theoretiker hatten eine Idee, wie man diese Phase tatsächlich erzeugen kann, anstatt die übliche Anordnung, nach der sie gesucht wurde, die im Wesentlichen feste Systeme waren – Systeme kondensierter Materie – wie wir sie mit Atomen nachbilden können.
Ein Quantenspinfluid hat magnetische Eigenschaften, aufgrund derer Atome miteinander verflochten sind und sich sein Material ständig ändert.
Professor Mikhail Lukin (links) und Giulia Semijni, leitende Forscherin, beobachteten einen Fall von Materie, der 50 Jahre lang vorhergesagt und verfolgt wurde, aber zuvor nicht beobachtet wurde.
Traditionelle Magnete haben jedoch ein Muster, das Linien auf einem Schachbrett oder Gitter ähnelt. Jerusalem Post berichtet.
Das Team verwendete einen Simulator, um ein Gittermuster zu erstellen, platzierte dann die Atome innerhalb des Designs und beobachtete ihre Wechselwirkung und Verschränkung.
Semeghini sagte, dass Standard-Quantencomputer einzelne Quantenbits oder „Qubits“ enthalten – Teilchen, die Informationen kodieren können – und „sehr empfindlich gegen äußere Störungen“ sind.
Mit Quanten-Spin-Flüssigkeiten kann man jedoch ein „topologisches Qubit“ erzeugen, das Informationen in einem Struktur-Form-System speichert, im Gegensatz zu Standard-Qubits, die Informationen im Zustand eines einzelnen Objekts speichern.
Da die Struktur schwer zu brechen ist, ist das topologische Qubit sehr fehlerresistent.
Professor für Physik Mikhail Lukin, Erstautor der Studie und Co-Direktor der Harvard Quantum Initiative Er sagte, die Gruppe habe nur eine „Miniaturversion“ eines topologischen Qubits erstellt, die für eine tatsächliche Anwendung alles andere als nützlich ist, aber die Entdeckung sei dennoch aufregend.
„Es ist immer noch sehr grundlegende Physik, was wir tun“, sagte Lukin.
„Aber die Tatsache, dass wir solche Situationen schaffen und wirklich mit ihnen spielen können, wir können mit ihnen reden, eigentlich können wir mit ihnen reden und sehen, wie sie reagieren – das ist das Spannende.“
