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Liquide de spin quantique, un nouvel état de la matière
Un état exotique de la matière, dont l’hypothèse avait été formulée il y a près de 50 ans, a été observé pour la première fois. Créé par des chercheurs de Harvard, ce matériau appelé “liquide de spin quantique” pourrait éventuellement contribuer à améliorer les ordinateurs quantiques.
Pour qu’un matériau devienne magnétique, les spins des électrons qui le composent doivent être très ordonnés. Le type de magnétisme le plus courant, tel qu’on le voit collé sur votre réfrigérateur, fonctionne parce que les spins de tous les électrons du matériau s’alignent dans la même direction. D’autres types de magnétisme peuvent se produire lorsque les spins d’électrons voisins alternent de haut en bas selon un motif en damier.
Mais en 1973, le physicien américain Philip Anderson a émis l’hypothèse d’un état de la matière appelé liquide de spin quantique, qui ne suivrait pas ces règles. Lorsque le matériau est refroidi, il ne forme pas un solide et, surtout, ses électrons ne se stabilisent pas dans un état hautement ordonné. A la place, ils changent constamment d’état, s’entremêlant les uns aux autres dans un état quantique complexe.
Aujourd’hui, une équipe de scientifiques dirigée par l’Université Harvard a créé et observé un liquide de spin quantique pour la première fois. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé un simulateur quantique programmable qu’ils ont mis au point il y a quelques années, qui suspend 219 atomes dans une grille à l’aide de lasers. Les propriétés de ces atomes peuvent être soigneusement manipulées, y compris les spins de leurs électrons.
Pour cette étude, l’équipe a disposé les atomes dans un réseau triangulaire, ce qui signifie que chacun a deux voisins immédiats. Une paire d’électrons peut se stabiliser magnétiquement dans un sens ou dans l’autre, car leurs spins peuvent s’aligner ou alterner, mais la présence d’un troisième rompt cet équilibre, créant un « aimant frustré » qui ne peut pas se stabiliser.
Le liquide de spin quantique qui en résulte présente quelques phénomènes quantiques utiles, comme l’intrication, où les atomes peuvent s’influencer mutuellement sur de grandes distances et même « téléporter » des informations, et la superposition quantique, où les atomes peuvent exister dans plusieurs états à la fois. Ces deux phénomènes sont utiles pour concevoir des ordinateurs quantiques qui devraient être plus résistants aux interférences externes.
Selon Giulia Semeghini, auteur principal de l’étude :
Nous avons montré les toutes premières étapes de la création de ce qubit topologique, mais nous devons encore démontrer comment le coder et le manipuler. Il y a maintenant beaucoup plus à explorer.
L’étude publiée dans Science : Probing topological spin liquids on a programmable quantum simulator et présentée sur le site de l’Université Harvard : Step in quest for quantum computing.
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Selon Giulia Semeghini, auteur principal de l’étude :
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L’étude publiée dans Science : Probing topological spin liquids on a programmable quantum simulator et présentée sur le site de l’Université Harvard : Step in quest for quantum computing.