Använda en D-Wave kvantglödgningsdator som testbädd, forskare vid Los Alamos National Laboratory har visat att det är möjligt att isolera så kallade uppkomna magnetiska monopoler, en klass av kvasipartiklar, skapa ett nytt tillvägagångssätt för att utveckla "material genom design".

"Vi ville studera framväxande magnetiska monopoler genom att utnyttja den kollektiva dynamiken hos qubits, "sa Cristiano Nisoli, en ledande Los Alamos författare till studien. "Magnetiska monopoler, som elementära partiklar med bara en magnetisk pol, har antagits av många, och berömt av Dirac, men har visat sig gäckande hittills. "

De insåg en konstgjord snurris genom att använda de superledande qubiterna i kvantmaskinen som ett magnetiskt byggsten. Att generera magnetiska material med exotiska egenskaper på detta sätt är banbrytande på många sätt. Deras process använde Gauss lag för att fånga monopoler, låta forskarna observera sin kvantaktiverade dynamik och deras inbördes interaktion. Detta arbete visar entydigt att magnetiska monopoler inte bara kan komma från en underliggande spinnstruktur, men kan kontrolleras, isolerade och studerade exakt.

"Det visades under det senaste decenniet eller så att monopoler kan framstå som kvasipartiklar för att beskriva excitationsspinnisarna i olika geometrier. Tidigare har National High Magnetic Field Laboratory's Pulsed Field Facility här på Los Alamos kunde "lyssna" på monopolbrus i konstgjorda spinnisar. Och nu, använder ett D-Wave kvantglödgningssystem, vi har tillräckligt med kontroll för att faktiskt fånga en eller flera av dessa partiklar och studera dem individuellt. Vi såg dem gå runt, fastnar, och skapas och förintas i par med motsatt magnetisk laddning. Och vi kunde således bekräfta våra kvantitativa teoretiska förutsägelser, att de interagerar och faktiskt skärmar varandra, sa Nisoli.

"D-Waves processorer är utformade för att utmärka sig i optimering, men kan också användas som kvantsimulatorer. Genom att programmera de önskade interaktionerna av vårt magnetiska material i D-Waves qubits, vi kan utföra experiment som annars är extremt svåra, "sade Andrew King, chef för Performance Research på D-Wave och en författare på tidningen. "Detta samarbete, princip-bevis-arbete visar nya experimentella möjligheter, förbättra kraften och mångsidigheten hos konstgjorda spinnisstudier. Möjligheten att programmera manipulera framväxande kvasipartiklar kan bli en nyckelaspekt för materialteknik och till och med topologisk kvantberäkning; Vi hoppas att det kommer att vara grunden för framtida forskning. "

Nisoli tillade, "Vi har bara repat ytan på detta tillvägagångssätt. Tidigare artificiella spinnis -system realiserades med nanomagneter, och de lydde klassisk fysik. Denna insikt är istället helt kvant. För att undvika hoppsteg koncentrerade vi oss hittills på en kvasi-klassisk studie, men i framtiden, vi kan verkligen skruva upp de kvantfluktuationerna, och undersöker mycket aktuella frågor om avkänning, minne, kvantinformation, och topologisk ordning, med betydande tekniska konsekvenser. "

"Dessa resultat har också tekniska konsekvenser som är särskilt relevanta för DOE och Los Alamos, specifikt i tanken på material-för-design, att producera framtida nanomagneter som kan visa avancerad och önskvärd funktionalitet för avkänning och beräkning. Monopoler, som binära informationsbärare, kan vara relevant för spintronics. De bidrar också avsevärt till Los Alamos D-Wave-investeringar, "noterade Alejandro Lopez- Bezanilla från Los Alamos, som arbetar på D-Wave-processorn och monterade teamet.

Nisoli, dessutom, föreslår att förutom givande applikationer, dessa resultat kan kanske också ge stof till eftertanke för grundläggande fysik. "Våra grundläggande teorier om partiklar är parametriserade modeller. Man undrar:vad är en partikel? Vi visar här experimentellt att inte bara partiklar utan även deras långdistansinteraktioner kan vara högre -nivåbeskrivning av en mycket enkel underliggande struktur, en bara kopplad till närmaste grannar. Kan även "riktiga" partiklar och interaktioner som vi anser vara grundläggande, såsom leptoner och kvarkar, i stället tolkas som en framväxande, högre nivå beskrivning av ett mer komplext binärt underlag på lägre nivå, ungefär som våra monopoler som kommer från ett gäng qubits? "