La ricerca sperimentale condotta da un team congiunto del Los Alamos National Laboratory e D-Wave Quantum Systems esamina il ruolo paradossale delle fluttuazioni nell'indurre l'ordinamento magnetico su una rete di qubit.
Utilizzando una piattaforma di ricottura quantistica D-Wave, il team ha scoperto che le fluttuazioni possono abbassare l'energia totale dei momenti magnetici interagenti, una comprensione che potrebbe aiutare a ridurre il costo dell'elaborazione quantistica nei dispositivi.
"In questa ricerca, invece di concentrarci sulla ricerca di prestazioni superiori dei computer quantistici rispetto alle controparti classiche, abbiamo mirato a sfruttare una fitta rete di qubit interconnessi per osservare e comprendere il comportamento quantistico", ha affermato Alejandro Lopez-Bezanilla, fisico della divisione teorica. a Los Alamos.
Come descritto in un articolo pubblicato su Nature Communications , il team ha studiato la complessa interazione di circa 2.000 qubit all'interno di un reticolo esagonale asimmetrico. Hanno esplorato l'impatto dei fattori che tipicamente inducono disordine sui momenti magnetici:il piccolo campo magnetico creato dai qubit superconduttori.
Il team ha introdotto fluttuazioni, che indicano cambiamenti dinamici nell’allineamento e nella disposizione dei momenti magnetici, che sono stati guidati sia da effetti termici, associati alla temperatura, sia da effetti quantistici, risultanti dall’applicazione di un campo magnetico esterno. Ciò ha permesso loro di sperimentare l'entropia, i momenti magnetici e il disordine sul reticolo magnetico "frustrato" che avevano progettato.
I risultati si sono rivelati un argomento controintuitivo:in alcune condizioni fisiche, le configurazioni con una distribuzione raggruppata di difetti emergono come lo stato più probabile, sfidando le ipotesi convenzionali sulla relazione tra disordine ed entropia. Se l'aspettativa prevalente è che le configurazioni con entropia più elevata dovrebbero mostrare un maggiore disordine, il team è stato in grado di dimostrare in un sistema quantistico che possono emergere stati ordinati caratterizzati da modelli specifici, simile al processo di "ordine per disordine", anche quando apparentemente disordinato- sono presenti fattori inducenti.
"L'idea che potremmo promuovere l'ordine aggiungendo fluttuazioni termiche e persino migliorarlo aggiungendo fluttuazioni quantistiche può sembrare paradossale", ha affermato Cristiano Nisoli, fisico di laboratorio e coautore dello studio. "Ma siamo stati in grado di osservare in dettaglio come le fluttuazioni influenzano i meccanismi e le condizioni fisiche che portano al raggruppamento di difetti. Questa intuizione può indicarci miglioramenti nel modo in cui sono costruiti i sistemi quantistici."
In futuro, ulteriori sviluppi della piattaforma quantistica D-Wave e delle capacità sperimentali consentiranno ai ricercatori di concentrarsi esclusivamente sul ruolo delle fluttuazioni quantistiche, separandole dall'influenza simultanea delle fluttuazioni termiche.
Ulteriori informazioni: Alejandro Lopez-Bezanilla et al, Le fluttuazioni quantistiche guidano correlazioni non monotoniche in un reticolo di qubit, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44281-0
Fornito dal Los Alamos National Laboratory
