Historia tego niezwykłego odkrycia rozpoczęła się jeszcze w latach 70. XX wieku w kopalni Kali Kafi, niedaleko miasta Anarak w Iranie. Mineralodzy Joachim Otteman i Darius Adib natrafili tam na charakterystyczny minerał o szklistym wyglądzie i zielono-niebieskiej barwie. Analizy wykazały coś szokującego: nauka nie znała wcześniej takiej substancji. Początkowo nadano jej nazwę anarakit, jednak z czasem minerał został sklasyfikowany jako herbertsmithit.
Przez wiele lat odkrycie pozostawało jedynie mineralogiczną ciekawostką. Dopiero rozwój fizyki kwantowej sprawił, że naukowcy ponownie zwrócili uwagę na niezwykłą strukturę tego minerału. Okazało się bowiem, że może on być jednym z najlepszych naturalnych kandydatów do występowania kwantowej cieczy spinowej, czyli egzotycznego stanu materii, którego badanie od lat stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej fizyki.
To właśnie ten stan materii może mieć kluczowy związek ze zjawiskiem splątania kwantowego. Jest ono jednym z najbardziej niezwykłych efektów mechaniki kwantowej i polega na tym, iż dwie lub więcej cząstek pozostają ze sobą powiązane niezależnie od dzielącej je odległości. Zmiana stanu jednej z nich wpływa na drugą w sposób, którego nie da się wyjaśnić klasyczną fizyką.
Co istotne, splątanie kwantowe przez dziesięciolecia było jedynie teoretyczną koncepcją. Dopiero prace inspirowane twierdzeniem Johna Stewarta Bella oraz eksperyment przeprowadzony przez Alaina Aspecta dostarczyły mocnych dowodów na istnienie tego zjawiska. Dziś stanowi ono fundament rozwijanych technologii, takich jak komputery kwantowe, kryptografia kwantowa czy eksperymenty związane z teleportacją informacji kwantowej.
Największą sensację budzi jednak możliwość, jakoby podobne zjawiska miały zachodzić spontanicznie we wnętrzu naturalnie powstałego minerału. Dotychczas fizycy potrafili uzyskiwać splątanie jedynie w bardzo kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, wykorzystując między innymi fotony czy ultrazimne atomy. Jeśli herbertsmithit rzeczywiście zawiera naturalnie występujące stany kwantowej cieczy spinowej, oznaczałoby to, iż natura od milionów lat tworzy układy, których odtworzenie w laboratorium pozostaje niezwykle trudnym zadaniem.
Czytaj też: Zwykły minerał i niezwykły wodór. Chińscy naukowcy rozwiązali trzy problemy w jednym procesie
W takim materiale elektrony nie zachowują się jak uporządkowane magnesy ustawione w jednym kierunku. Zamiast tego ich spiny pozostają w stanie ciągłych kwantowych fluktuacji, tworząc rozległą sieć wzajemnych zależności. To właśnie taki układ może sprzyjać powstawaniu wyjątkowo trwałych stanów splątania kwantowego.
W teorii takie odkrycie mogłoby mieć ogromne znaczenie dla rozwoju komputerów kwantowych. Jednym z największych problemów tej technologii jest utrzymanie stabilności kubitów, które bardzo łatwo tracą swoje właściwości pod wpływem zakłóceń z otoczenia. Naturalne materiały zdolne do podtrzymywania egzotycznych stanów kwantowych mogłyby w przyszłości stać się podstawą zupełnie nowych rozwiązań technologicznych. Michael Norman z Argonne National Laboratory porównuje taki układ do wielkiej, wzajemnie połączonej sieci, w której cały materiał zachowuje się jak jeden splątany system. Jeśli natura rzeczywiście potrafi tworzyć takie struktury samodzielnie, mogłoby to znacząco przyspieszyć prace nad praktycznym wykorzystaniem zjawisk kwantowych.
Źródło: Medium
