Прорив у квантовій науці – вчені відкрили нові матерії, яких не повинно існувати

• Дослідники з California Polytechnic State University відкрили нові екзотичні стани матерії, які не виникають у звичайних умовах, завдяки змінному магнітному полю.
• Відкриття може покращити стабільність квантових систем, що важливо для розвитку надійних квантових комп'ютерів, і відкриває нові можливості для вивчення складних фізичних явищ.

Квантова фізика знову розширює межі можливого. Нове дослідження показує, що зміна умов у часі здатна створювати стани матерії, яких раніше не існувало.

Дослідники з California Polytechnic State University повідомили про відкриття нових екзотичних станів матерії, які не виникають у звичайних умовах. Робота демонструє, що ключем до появи таких станів є не лише склад матеріалу, а й спосіб його "керування" у часі. Про це пише Sciencedaily.

Дивіться також Арктика втратила ще більше льоду – зима 2026 встановила тривожний рекорд

Як зміна магнітного поля створює нову матерію?

Команда під керівництвом фізика Ian Powell досліджувала поведінку матерії на квантовому рівні – зокрема атомів, електронів і фотонів. Вони зосередилися на тому, як змінне магнітне поле впливає на квантові системи. Виявилося, що якщо змінювати магнітне поле з певною періодичністю, можна створити так звані "керовані квантові фази" – стани, які не мають аналогів у статичних умовах.

"На загальному рівні це просування в розумінні того, як контроль у часі дозволяє створювати й організовувати нові форми квантової матерії", – пояснив Пауелл. За його словами, властивості матеріалу залежать не тільки від його структури, а й від динаміки впливу на нього.

Цей підхід отримав назву Floquet-інженерія – метод, за якого система перебуває під дією періодичних змін. Саме завдяки цьому вчені змогли отримати стабільні квантові стани, які не виникають у звичайному середовищі.

Як написано в журналі Physical Review B, Однією з ключових переваг відкриття є потенційна стабільність нових станів. У квантових технологіях це критично важливо, адже системи часто страждають від "шуму" – випадкових збурень, що призводять до помилок у розрахунках. Керовані у часі квантові фази можуть бути менш чутливими до таких впливів, що відкриває шлях до більш надійних квантових комп'ютерів.

Крім того, дослідники виявили нові математичні закономірності, які описують поведінку цих систем. Вони нагадують структури, притаманні більш складним багатовимірним квантовим системам. Це означає, що навіть відносно прості експерименти можуть допомогти вивчати складні фізичні явища.

Важливим інструментом у роботі стала так звана топологічна фазова діаграма – своєрідна карта, яка показує, за яких умов виникають різні стабільні стани матерії. Кожен із цих станів має унікальні топологічні властивості, що визначають його поведінку.

Практичне значення дослідження наразі пов'язане насамперед із розвитком квантових обчислень і симуляцій. Як зазначив Пауелл, пряме застосування у галузях на кшталт фармацевтики чи фінансів поки що є віддаленим, однак ці результати можуть стати фундаментом для майбутніх технологій.

"Щоб перейти до промислового використання, потрібні експериментальні підтвердження та подальша робота з інтеграції цих ідей у реальні квантові пристрої", – додав він.

У дослідженні також брав участь студент Луїс Бухальтер, який підкреслив складність і водночас творчий характер наукової роботи. "Дослідження рідко є прямолінійним процесом – воно вимагає наполегливості та нестандартного мислення", – зазначив він.

Загалом результати демонструють, що майбутнє квантових технологій може залежати не лише від матеріалів, а й від того, як саме вчені зможуть керувати їхньою поведінкою у часі. Це відкриває новий напрямок у фізиці, де час стає таким же важливим інструментом, як і простір чи енергія.