Физики изучили необычные свойства квазикристаллической решетки с помощью квантового компьютера, как физической платформы. Алехандро Лопес-Безанилья, физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории, использовал компьютер, работающий по принципу квантового отжига, для моделирования магнитных состояний квазикристалла Пенроуза. Технология открывает новый подход к разработке новых материалов и надежных квантовых вычислений.

Исследователь использовал компьютер D-Wave в качестве платформы для проведения реальных физических экспериментов с квазикристаллами, а не для их моделирования. Он выбрал 201 кубит и соединил их друг с другом, чтобы воспроизвести форму квазикристалла Пенроуза.

Я соединил кубиты так, что все вместе они воспроизвели геометрию одного из его квазикристаллов, так называемого P3. К моему удивлению, я заметил, что приложение определенных внешних магнитных полей к структуре заставляло некоторые кубиты с одинаковой вероятностью проявлять ориентацию как вверх, так и вниз, что приводит к тому, что квазикристалл P3 принимает большое разнообразие магнитных форм, – Алехандро Лопес-Безанилья, автор исследования.

Квазикристалл Пенроуза P3. Изображение: Alejandro Lopez-Bezanilla, Cristiano Nisoli, Science Advances

Квазикристалл — это структура, напоминающая кристаллическую решетку, но состоящая из повторения некоторых основных форм по правилам, отличным от обычных кристаллов. Исследование показало, что изменение силы взаимодействия между отдельными кубитами и такими элементами и внешним магнитным полем приводит к тому, что квазикристаллы располагаются в различных магнитных структурах.

Разнообразие магнитных конфигураций на диаграммах структурного фактора различных фаз. Белые квадраты указывают на некоторые пятиугольные формы в обратном пространстве, обозначающие пятикратную симметрию квазикристалла. Изображение: Alejandro Lopez-Bezanilla, Cristiano Nisoli, Science Advances

Магнитная квазикристаллическая решетка может содержать состояния, выходящие за пределы нулевого и однобитового состояний, которые используются в традиционных вычислительных системах. С помощью магнитного поля можно управлять спинами кубитов и трансформировать магнитный ландшафт квазикристаллического объекта, добавляет исследователь. Ранее неизвестные свойства можно использовать для разработки новых материалов и создания устойчивых к шуму квантовых систем.