Kiedy kwantowe stanie się klasyczne?

Świat kwantowy od świata klasycznego dzieli ilość obserwowanych cząsteczek; jeżeli jest ich zbyt wiele, od razu mamy do czynienia z klasyczną interpretacją ich zachowania. Pytanie brzmi: gdzie leży granica pomiędzy obydwoma światami?

W klasycznym świecie zachodzi ciekawa interakcja pomiędzy światłem (falami elektromagnetycznymi) i materią. Światło oddziałuje na materię, ale odwrotny wpływ jest inny – znacznie słabszy. Kiedy mamy do czynienia z dużą ilością cząstek kwantowych – to jest to świat klasyczny, jeśli „uwięzimy” światło w pudełku – to również jest to klasyczne, ale jeśli to światło i tę materię mocno splączemy ze sobą – powstaje świat kwantowy. Okazuje się, że jeśli setki milionów elektronów płynnego helu zwiąże się z mikrofalami elektromagnetycznymi, to w zachowaniu obydwu następuje wyraźna zmiana.

Zbudowanie modelu zachowania pary: światło-materia, oznacza, iż mamy do czynienia ze światem klasycznym, z kolei możliwość wprowadzenie do tego modelu qubitów z powrotem przenosi parę światło-materia do świata kwantowego. 

Ruch w temperaturze zera Kelvina

Oryginalny i rzadki stan materii, zwany: kwantową cieczą spinową, został empirycznie zaprezentowany w monokryształach tlenku złożonego z wapnia i chromu. Według tradycyjnego rozumienia, kwantowa ciecz spinowa nie ma prawa występować w tym materiale.

Na podstawie naszego codziennego doświadczenia, w niskich temperaturach oczekujemy materii  zamrożonej, z atomami w stałym regularnym układzie. Momenty magnetyczne, wynikające z spinów elektronów w atomach w materiałach magnetycznych, również są stale zorientowane – w miarę jak temperatura spada. Jednak istnieją pewne wyjątki.

W  kwantowej cieczy spinowej orientacje spinów elektronów nie pozostają stałe nawet w temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu. Według tradycyjnego rozumienia,  jeżeli interakcje są izotropowe (tzn. kiedy wszystkie kierunki spinu są możliwe), zjawisko to może wystąpić, gdy obroty są rozmieszczone w trójkątnej  geometrii i interakcje między nimi są antyferromagnetyczne sprzyjające przeciwrównoległemu wyrównaniu obrotów. Dla trzech atomów tworzących narożniki trójkąta: jeden atom musi być jednocześnie zorientowany antyrównolegle do  dwóch innych atomów - taki układ zapobiega przejściu atomów w stan spoczynku nawet w temperaturze bezwzględnego zera – zamiast tego atomy poruszają się jak w cieczy.

Pierwsze badane monokryształy tlenku wapnia chromu (Ca10Cr7O28) składają się z tak zwanych kratownic Kagome - przypominających wzorem trójkąty i sześciokąty znane z japońskich plecionych koszyków. W wyniku tego w materiale rozwija się złożony zestaw izotropowych oddziaływań magnetycznych, składający się z interakcji nie tylko przeciw-ferromagnetycznych, ale również znacznie silniejszych oddziaływań ferromagnetycznych, które zgodnie z konwencjonalnym zrozumieniem mają zapobiec istnieniu płynnego wirowania