Магистр по нанонауке в Университете Гронингена Джек Мэйо утверждает, что создал универсальную модель, которая может помочь предсказать число распределения топологических дефектов в неравновесных системах.
Исследование было проведено, чтобы решить существенную проблему в квантовых вычислениях. Тем не менее, оно имеет гораздо более широкие последствия в других областях, таких как наноразмерные магниты и, благодаря своим корням в теоретической физике, для самой Вселенной. Во всех этих системах начало порядка, например, вызванное охлаждением, почти всегда сопровождается дефектами. «Возьмите систему, в которой частицы имеют магнитный момент, который может перемещаться вверх и вниз. Если вы увеличите их взаимодействие, они начнут выравниваться друг с другом» – объясняет Мейо.
Это выравнивание начнется в некоррелированных точках среды, а затем будет бесконтрольно расти, подобно кристаллам льда в воде. Каждое выравнивание (например, «вверх» или «вниз» для магнитных моментов) является вопросом случайной случайности. Локальные выравнивания будут расти наружу, и на определенной стадии домены будут встречаться и взаимодействовать. Если, например, домен верхнего уровня встречает домен нижнего уровня, результатом будет доменная стена их взаимодействиям. Это является нарушением симметрии в упорядоченной структуре и оставляет за собой артефакт материала в его фазе более высокой симметрии.
Этот отжиг среды описывается механизмом Киббла-Зурека, первоначально предназначенным для объяснения того, как фазовый переход привел к упорядоченным структурам в ранней Вселенной. Впоследствии было обнаружено, что его можно использовать для описания перехода жидкого гелия из жидкости в сверхтекучую фазу. Это универсальный метод и используется в квантовых вычислениях на основе квантового отжига. «Эта технология уже есть на рынке и может решить сложные головоломки, такие как проблема коммивояжера. Однако проблема с этим типом работы заключается в том, что дефекты, возникающие в процессе отжига, будут искажать результаты » – сказал Майо.
При квантовом отжиге может проявиться любое количество дефектов; это в основном до времени, необходимого для прохождения фазового перехода. Если это происходит в течение миллионов лет, взаимодействия медленно меняются, и вы не получаете дефектов.
Это, конечно, не очень практично. Как сказал Майо, хитрость заключается в разработке графиков с конечным временем, которые по своей природе более практичны. Это приводит к приемлемому количеству дефектов с высокой вероятностью. Именно на этом сосредоточилось исследование Мейо - создание модели, которая могла бы точно оценить количество дефектов и направлять разработку оптимизированных квантовых систем.
Чтобы достичь этого, Мейо и его команда использовали теоретические инструменты для описания фазовых переходов. Они были объединены с численным моделированием для оценки распределения дефектов во время охлаждения. Поскольку каждый домен может иметь только одно из двух значений (в данном случае «вверх» или «вниз»), команда может оценить шансы встречи двух противоположных доменов и, таким образом, создать дефект. Это привело к статистической модели, которая могла бы предсказать, как система должна быть охлаждена, чтобы привести к наименьшему количеству дефектов.
Проверенная в сравнении с независимым численным моделированием, статистическая модель может иметь значительные последствия в квантовых вычислениях и привести к созданию более надежных и лучше оптимизированных систем.
© digitrode.ru