Uno stato esotico della materia originariamente ipotizzato quasi 50 anni fa è stato osservato per la prima volta. Creato dai ricercatori di Harvard, questo materiale chiamato liquido di spin quantistico potrebbe eventualmente aiutare a migliorare i computer quantistici.
Affinché i materiali diventino magnetici, gli spin degli elettroni nel materiale devono essere altamente ordinati. Il tipo più comune di magnetismo funziona perché gli spin di tutti gli elettroni nel materiale si allineano nella stessa direzione. Altri tipi di magnetismo possono sorgere quando gli spin degli elettroni vicini si alternano su e giù.
Ma nel 1973, il fisico Philip Anderson ipotizzò uno stato della materia chiamato liquido a spin quantistico, che non seguirebbe queste regole. Secondo la teoria raffreddando il materiale, esso non formerebbe un solido e, soprattutto, i suoi elettroni non si stabilizzerebbero in uno stato altamente ordinato. Invece, si scambierebbero costantemente, intrecciandosi l'uno con l'altro in uno stato quantico complesso.
Ora un team di scienziati guidati da Harvard ha creato e osservato per la prima volta un liquido con spin quantistico. Per fare ciò, i ricercatori hanno utilizzato un simulatore quantistico programmabile sviluppato alcuni anni fa, che sospende 219 atomi in una griglia utilizzando i laser. Le proprietà di questi atomi possono essere manipolate con attenzione, compresi gli spin dei loro elettroni.
Per questo studio, il team ha disposto gli atomi in un reticolo triangolare, il che significa che ciascuno ha due immediati vicini. Una coppia di elettroni può stabilizzarsi magneticamente in un modo o nell'altro, perché i loro spin possono allinearsi o alternarsi, ma avere una terzo vicino fa perdere l'equilibrio, creando un "magnete frustrato" che non può stabilizzarsi.
Il liquido di spin quantistico risultante mostra alcuni fenomeni quantistici utili, come l'entanglement, (in cui gli atomi possono influenzarsi a vicenda su vaste distanze e persino "teletrasportarsi" informazioni) e la sovrapposizione quantistica, in cui gli atomi possono esistere in più stati contemporaneamente. Entrambi questi fenomeni sono utili per costruire computer quantistici che dovrebbero essere più resistenti alle interferenze esterne.