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科學家們第一次在實驗室中發現了一種長期預測但以前從未見過的物質狀態。 通過向超冷的銣原子晶格發射激光，科學家們迫使原子進入量子不確定性的混亂湯中，稱為 量子 自旋密度（液體）.
早在 1973 年就提出了存在量子自旋密度的假設——一種在零溫度下不會形成長程磁序的稀有物質狀態。 但直到最近，科學家們才首次在實驗室條件下觀察到量子自旋液體。
“液體”部分屬於在低溫下在磁性材料內部不斷變化和振蕩的電子。 與普通磁體不同，在這種情況下，電子在冷卻時不會穩定並且不會沉降在固體的結構化晶格中。 現在已經記錄了這種狀態，希望這一發現能夠加速強大的量子計算機的發展。
“這是該領域一個非常特殊的時刻，”馬薩諸塞州哈佛大學的量子物理學家 Mykhailo Lukin 說。 “你實際上可以觸摸甚至戳入這種奇異的狀態，操縱它以了解它的特性……這是一種人們以前從未能夠觀察到的新物質狀態。”
傳統磁鐵包含電子，其自旋方向與產生磁性的向上或向下方向相同。 在量子自旋液體中，引入了第三個電子，因此當兩個相反的自旋相互穩定時，第三個電子的自旋打破了平衡。 這會產生一個“無序”的磁鐵，其中所有的自旋都不能穩定在同一方向上。
為了創建自己的無序晶格圖案，該團隊使用了 2017 年構建的可編程量子模擬器。 該模擬器使用量子計算機程序通過激光將原子保持在任意形狀 - 例如正方形、三角形或蜂窩狀 - 並可用於設計各種量子相互作用和過程。 模擬器使用緊密聚焦的激光束單獨排列原子，通過將銣原子排列成三角形晶格，研究人員能夠製造出具有量子糾纏特性的不穩定磁體——其中一個原子的變化同時發生與第二個糾纏原子。
原子之間的鍵表明確實已經產生了量子自旋密度。
“你可以隨心所欲地推動原子，你可以改變激光的頻率，你可以真正改變自然界的參數，這是以前研究這些東西的材料所無法做到的，”量子說哈佛大學物理學家 Subir Sachdev。 “在這裡你可以看到每個原子，看看它在做什麼。”
量子計算機是建立在量子比特或量子比特之上的，希望量子自旋流體有助於開發能夠更好地免受外部噪聲和乾擾的拓撲量子比特。
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