Fysikere bruger kvantesimuleringsværktøjer til at studere, forstå stofs eksotiske tilstand

Thomas Iadecola arbejdede sig igennem titlen på det seneste forskningspapir, der inkluderer hans teoretiske og analytiske arbejde, idet han tålmodigt forklarede digital kvantesimulering, Floquet-systemer og symmetribeskyttede topologiske faser.

Derefter tilbød han forklaringer på ikke-ligevægtssystemer, tidskrystaller, 2T-periodicitet og 2016 Nobelprisen i fysik.

Iadecolas hjørne af kvantekondenseret stoffysik – studiet af, hvordan stoftilstande opstår fra samlinger af atomer og subatomære partikler – kan være kontraintuitivt og højst har brug for en forklaring hver gang og ethvert led.

Den nederste linje, som forklaret af Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi i meddelelsen om, at 2016 fysikpris til David Thouless, Duncan Haldane og Michael Kosterlitz, er, at forskere afslører flere og flere af hemmelighederne bag eksotisk stof, "en ukendt verden, hvor stof kan antage mærkelige tilstande."

Den nye artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature og medforfatter af Iadecola, en assisterende professor i fysik og astronomi fra Iowa State University og en videnskabsmand ved Ames National Laboratory, beskriver simuleringer ved hjælp af kvanteberegning, der muliggjorde observation af en karakteristisk tilstand af stof taget ud af dens normale ligevægt.

Avisens tilsvarende forfatter er Dong-Ling Deng fra Tsinghua University i Beijing, Kina. Deng og Iadecola arbejdede sammen i 2017 og '18 som postdoktorale forskere ved University of Maryland.

"Vores arbejde baner vejen for at udforske nye ikke-ligevægtsfaser af stof," skrev forfatterne i et resumé af deres papir.

For dig og mig kunne disse nye stoftilstande en dag give unikke og nyttige egenskaber til nye teknologier. Mulige anvendelser inden for kvanteinformationsbehandling omfatter præcisionsmålingsvidenskab og informationslagring.

Til dette projekt var Iadecola en støttende videnskabsmand, der bidrog med teoretisk arbejde og dataanalyse. For eksempel:"I et samarbejdsprojekt som dette er min rolle at hjælpe med at definere de spørgsmål, som eksperimentalisterne skal løse," sagde han.

Det store spørgsmål, de besvarede i dette papir, er, hvordan en kvantecomputerplatform kan bruges til at studere og forstå eksotiske tilstande af stof.

"Dette papir viser, at forskerne har en meget flot digital kvantesimuleringsplatform," sagde Iadecola. "Denne platform kan også anvendes på andre interessante problemer inden for kvante-mange-legeme-fysik."

Projektet hænger sammen med arbejdet Iadecola starter til sommer. Det kommende projekt vil involvere teoretisk arbejde i mange-partikel kvantesystemer, herunder at studere, hvordan sarte kvantetilstande kan bevares. Denne bevarelse ville gøre det muligt at bruge tilstande til kvanteberegning, en ny teknologi, der bruger kvantedynamik til at behandle og lagre information.

Iadecola håber også at udvikle et tværfagligt pensum i kvantecomputere i Iowa State for at hjælpe med at "udvide kvantetalent-pipeline."

Mens projektet handler om teori og uddannelse, siger et resumé, at det vil blive grebet ind "med henblik på nye kvanteteknologier."

"Vi tænker på nye fænomener," sagde Iadecola. "At realisere disse fænomener på nutidens kvantehardware kan sætte scenen for at bevæge os mod disse applikationer inden for kvanteinformationsbehandling." + Udforsk yderligere

Realiseringen af ​​målingsinducerede kvantefaser på en fanget-ion kvantecomputer