Les chercheurs Communs d'Institut (JQI) de Quantum aboutis par Christopher Monroe, avec des théoriciens à partir de l'Université du Michigan, Université d'Auckland, et Université de Georgetown ont observé un ferromagnet de tranche de temps utilisant un cristal de neuf ions, dans un élan d'atome-par-atome aux simulations de tranche de temps du magnétisme.
Ces résultats neufs apparaissent dans la question du 5 juillet 2011 des Transmissions de Nature dans un papier intitulé « Début d'un passage de phase de tranche de temps avec un simulator* enfermé de tranche de temps d'ion. » Cette expérience de benchmark prépare le terrain pour des simulations fiables des systèmes modèles où les calculs conventionnels deviennent inefficaces ou même impossibles.
Provenant de la grande partie avec la proposition 1982 de Richard Feynman, la simulation de tranche de temps s'est transformée en une zone où les scientifiques utilisent un système de tranche de temps contrôlable pour étudier une seconde, phénomène moins expérimental faisable de tranche de temps. En Bref, un ordinateur complet de tranche de temps n'existe pas encore et les ordinateurs classiques souvent ne peuvent pas résoudre des problèmes de tranche de temps, ainsi un « simulateur de tranche de temps » présente une alternative séduisante pour gagner l'analyse dans les propriétés matérielles complexes, par exemple.
Un simulateur de tranche de temps Peut-il fournir des solutions aux problèmes de physique ou de calcul qui ne peuvent pas être abordés utilisant les ordinateurs conventionnels ? Dans des chercheurs de ce travail ont établi un appareil qui étend le travail préparatoire nécessaire pour entreprendre cette question provocante. les expériences d'Ion-Piégeage sont au premier rang de la technologie de l'information de tranche de temps et c'est la mêmes nature et contrôle robustes des déclarer de tranche de temps autrement fragiles qui effectue cet idéal de plate-forme pour des simulations.
Elles présentent des résultats utilisant un cristal effectué avec n'importe où de deux à neuf ions pour simuler un passage de phase de tranche de temps à un ferromagnet commandé, comme décrit par le modèle d'Ising transverse de zone (voir la Figure pour la description). Des passages de Phase peuvent être considérés en termes de l'ordre. Par exemple, aux degrés Celsius zéro, les gels liquides de l'eau, et les molécules d'eau minuscules dispensent en cristal ordonné pour former la glace. Les passages de Phase peuvent encore se produire à zéro absolu ou à -273 Celsius, mais ne sont pas régis par les propriétés thermiques. Ici, les effets de tranche de temps dominent et la condition de l'ordre peut changer abruptement en variant des paramètres, tels qu'un champ magnétique.
Pourquoi les chercheurs ont-ils choisi le modèle d'Ising transverse de zone ? Selon l'Islam de Rajibul d'auteur important et d'étudiant de troisième cycle, « Dans la physique, le modèle d'Ising est peut-être le plus simple des modèles de rotation, mais est censé pour représenter une bonne description des phénomènes matériels s'échelonnant du ferromagnétisme à la frustration en glaces de rotation, et même des réseaux neuronaux. Quand nous ajoutons un champ magnétique externe à ce modèle, les propriétés de tranche de temps entrent dans le jeu. Alors la physique devient bien plus intéressante. » Du point de vue des scientifiques, l'objectif ultime est de concevoir n'importe quel modèle (magnétique) de rotation, tel qu'ils pourraient sonder différents types de phénomènes complexes comprenant leur poursuite actuelle de magnétisme de tranche de temps.
Ce modèle particulier de rotation a une cornière de calcul : pour quelques cas la découverte de la configuration ou de l'état fondamental de l'énergie la plus faible est classifiée comme problème « NP-complet ». Cette classe célèbre des problèmes ne peut pas être efficacement résolue utilisant les ordinateurs conventionnels, avec l'exemple le plus populaire étant « le problème de représentant de commerce » de découvrir l'artère la plus courte par un certain nombre de villes sur un plan. Tandis Que des propriétés d'un système de rotation de neuf ions peuvent être prévues, le groupe est rapide approchant le nombre de rotations où les calculs des propriétés de système seront impossibles même avec la technologie informatique de pointe.
Afin de simuler un cristal, le premier objectif est d'évaluer le simulateur pour le petit, interactions simples comme le ferromagnétisme (le type familier de magnétisme trouvé dans des barres aimantées), où des solutions dans ce cas particulier sont connues. Pendant Que l'Islam indique, « De cette manière nous pouvons avoir la confiance dans d'autres simulations où les affirmations théoriques ne sont pas possibles. »
Dans l'expérience, les ions laser-refroidis arrangent dans un cristal stable parce qu'ils sont des particules chargées qui se repoussent tandis que le déroutement pousse de l'extérieur. Pour produire des conditions pour observer le passage au ferromagnétisme, les chercheurs brillent différentes couleurs de lumière laser sur un cristal d'ion.
Ici, chaque ion représente une rotation et peut être considéré comme une barre aimantée minuscule. Les premiers types de l'ingénieur deux de scientifiques d'interactions de laser-atome. Le premier laser est analogue à ajouter un champ magnétique qui indépendamment "TIP" chaque aimant minuscule (entraînez une secousse de rotation).
La deuxième interaction est appelée l'interaction d'Ising et est le couplage à longue portée de rotation-rotation qui provoquera éventuel un ferromagnet commandé. Imaginez que les sources invisibles connectent les ions ensemble de sorte que des vibrations se produisant d'un côté de l'affect en cristal d'autres ions dans le réseau. C'est mouvement collectif appelé et est au coeur de régler les interactions (ion-ion) magnétiques de rotation-rotation. Pour produire d'une interaction de rotation-rotation, elles ont besoin d'une force qui dépend de si une barre aimantée particulière, ou la rotation, a son Pôle Nord installé en haut ou en bas. Ceci est accompli en appliquant simultanément les différents faisceaux lasers, dont les couleurs sont particulièrement choisies en ce qui concerne les vibrations internes de la chaîne de caractères d'ion.
L'alimentation électrique de ce design est qu'il y a « un bouton de commande magnétique d'interaction » que les chercheurs peuvent varier à volonté. Ceci rend le protocole par nature versatile parce qu'il peut être étendu à d'autres types de modèles de rotation. Comme le chercheur co-auteur et post-doctoral Emily Edwards précise, « Nous pouvons même ajuster les lasers de sorte que les rotations qui sont les autres à part dans le cristal d'ion aient l'interaction magnétique la plus intense. » Les scientifiques accumulent le simulateur, une rotation à la fois, leur permettant d'explorer des effets de système-taille, tels que la façon dont le passage au ferromagnétisme affile avec chaque particule supplémentaire (voir la Figure).
En poussant les limites du simulateur et en étendant des études au delà des phases d'état fondamental, les espoirs d'équipe de découvrir la physique neuve et dans le procédé, comprenez le potentiel vrai des simulateurs de tranche de temps.
Edwards continue, « Tandis Que l'élan enfermé d'ion traite un nombre restreint de particules, à l'avenir nous pourra programmer des interactions arbitraires entre toutes les paires de rotations. Un ensemble siconnecté de rotations de interaction permettra la simulation des systèmes qui peuvent ne jamais être compris utilisant les ordinateurs conventionnels. »
* « Début d'un Passage de Phase de Quantum avec un Simulateur Enfermé de Quantum d'Ion, » R. Islam, E.E. Edwards, K. Kim, S. Korenblit, C. Noh, H.J. Carmichael, G. - D. Lin, L. - M. Duan, C. - C. Joseph Wang, J.K. Freericks et C. Monroe, COMM. de Nature., 2, 377, (2011)