Autorami tego sukcesu są członkowie międzynarodowego zespołu, który opisał swoje dokonania w artykule zamieszczonym na łamach Nature Communications. Ale zacznijmy od tego, o czym w ogóle mówimy. Czym jest łamanie symetrii? Takie zjawisko odnosi się do sytuacji, w której nieuporządkowany, ale jednocześnie symetryczny stan przechodzi w stan uporządkowany, który jest zarazem mniej symetryczny.
Czytaj też: Druga zasada termodynamiki ma kwantowy odpowiednik. Fizycy nie powiedzieli ostatniego słowa
Fizycy zajmujący się tym zagadnieniem, działający pod przewodnictwem Alana Santosa, zaczęli swoje eksperymenty od stanu antyferromagnetycznego, w którym cząstki mają spiny naprzemiennie skierowane w obie strony. Kolejnym krokiem było przejście do ferromagnetycznego stanu kwantowego – w tym przypadku cząstki mają spiny skierowane w tym samym kierunku i tworzą korelacje kwantowe.
Za najważniejszy aspekt prowadzący do ostatecznego sukcesu badacze uznają symulację dynamiki w temperaturze zera absolutnego. Do tej pory podobne eksperymenty odbywały się przy innych wartościach, a w tym przypadku doszło do obserwacji łamania symetrii nawet w lokalnych interakcjach cząstek. Taki przebieg był niespodziewany, a eksperci zwracają uwagę na pewien bardzo istotny aspekt.
Członkowie międzynarodowego zespołu złamali symetrię wykorzystując w tym celu komputer kwantowy, który symulował układ funkcjonujący w temperaturze zera absolutnego
Jaki? Ano taki, że zero absolutne oznacza najniższą temperaturę występującą w całym wszechświecie. Fizycy nie są jej w stanie osiągnąć w świecie rzeczywistym, więc na potrzeby ostatnich eksperymentów musieli wykorzystać symulacje. I właśnie w tym celu skorzystali z komputera kwantowego, który wykonał obliczenia w fizycznie nieistniejącym układzie.
Naukowcy wykorzystali obwód kwantowy złożony z siedmiu kubitów ułożonych w konfiguracji umożliwiającej interakcje zachodzące wyłącznie między najbliższymi sąsiadami. Później odnotowano splątanie kwantowe, czyli zjawisko, w ramach którego co stany co najmniej dwóch cząstek zostają ze sobą powiązane do tego stopnia, iż pomiar dotyczący jednej z nich wpływa na stan drugiej. Dzieje się tak bez względu na odległość, jaka je dzieli.
Czytaj też: IBM tworzy komputer kwantowy odporny na błędy. Na ten przełom czekaliśmy od lat!
W latach 60. ubiegłego wieku Alfred Rény opisał entropię służącą do ilościowego określenia stopnia splątania i jego rozkładu między częściami układu kwantowego. Za jej sprawą można ustalić stopień splątania podukładów. Dzięki zaawansowanym możliwościom obliczeniowym komputerów kwantowych autorzy nowych badań mogli nie tylko stworzyć symulowany układ, ale dodatkowo prowadzić w nim skomplikowane obliczenia. Stosując nadprzewodzące kubity oparte na stopach aluminium i niobu, fizycy udowodnili możliwość złamania symetrii w temperaturze zera absolutnego.