1966年、日本の物理学者である長岡陽介は、磁石を駆動する現象である強磁性を引き起こす可能性のある珍しい新しいメカニズムのアイデアを思いつきました。
彼の考えは理論的には理にかなっていますが、天然素材では観察されませんでした。 これが実験室で起こっているという最初の兆候があります。
繰り返しになりますが、私たちは発見のために量子物理学を負っています。 科学者たちは、厳重に管理されたカスタムメイドの量子電気システムで、長岡強磁性の「実験的特徴」と呼ばれるものを作成することができました(それが呼ばれるようになった)。
この新しい磁気設定を実際に機能させるには時期尚早ですが、この発見は、長沖の54年の予測が正しいことを示唆しています。 これは、将来の量子システムがどのように発展するかに大きな影響を与える可能性があります。
「結果は非常に明確でした。強磁性を示しました」と、オランダのデルフト工科大学の量子物理学者LievenWandersiepenは述べています。
「私たちがこのプロジェクトに取り組み始めたとき、物理学は私たちの研究室でこれまでに研究したものとは非常に異なっているため、実験が可能かどうかはわかりませんでした。」
強磁性を想像する最も簡単な方法は、スライドブロックを図面に挿入する子供向けのパズルゲームを使用することです。 この例では、各ブロックは独自のスピンまたはアラインメントを持つ電子です。
長尾の強磁性はパズルの形をしており、すべてのスピンが右に並んでいます。 (QuTechのScixel de Groot)
電子が一方向に整列すると、磁場が発生します。 長岡氏は、電子が自由に動き、材料が磁性を維持する、一種の理想的な巡回強磁性のバージョンについて説明しました。
長沖版のパズルでは、すべての電子が同じ方向に整列しているため、パズルのピースがシャッフルされても、システム全体の磁気は一定に保たれます。
電子(またはモザイク)のシャッフルは全体的な構成とは無関係であるため、システムに必要なエネルギーは少なくなります。
長尾の強磁性の実際を示すために、科学者たちは実際に、次世代の量子コンピューターを形成する可能性のある小さな半導体粒子である量子ドットの2 x2の2次元格子を構築しました。
システム全体がほぼ絶対ゼロ(-272.99°Cまたは-459.382°F)に冷却され、3つの電子がシステム内にトラップされました(1つの「パズルブロック」は空のまま)。 次のステップは、長岡が提案したように、グリッドが磁石のように動作することを実証することでした。
「私たちは、電子のスピン配向をデコードし、それを実験室で測定できる電気信号に変換できる非常に感度の高い電気センサーを使用しました」と、デルフト工科大学の量子物理学者UdittenduMuhopadhyayは述べています。
センサーは、超小型の超高感度量子ドットのシステムが、予想どおり、実際に電子スピンを整列させ、当然、最低エネルギー状態を優先することを示しました。
以前は物理学で最も難しい問題の1つとして説明されていましたが、これは磁気と量子力学の両方の理解における重要な前進であり、ナノスケールで鉄磁気がどのように機能するかについての長年の考えが確かに真実であることを示しています。
将来的には、この発見は、現在の技術を超えて計算を実行できるデバイスである、独自の量子コンピューターの開発に役立つはずです。
「これらのシステムを使用すると、複雑な化学プロセスなど、今日の最先端のスーパーコンピューターでは解決できないほど複雑な問題を研究できます」とVanderspen氏は言います。
「長尾強磁性の実装などのパイロット実験は、将来の量子コンピューターとシミュレーターの開発のための重要なガイドラインを提供します。」
この研究は、ジャーナルNatureに掲載されました。
出典：写真：QuTechのSofíaNavarreteとMaríaMondragónDelaSierra
