Физиците от Института за квантова информация и материя са открили първия 3D квантов течен кристал. Това е изцяло ново състояние на материята, се казва в предствянето на откритието, и се очаква то да има приложение в ултра бързите квантови компютри. 

Молекулите на стандартните течни кристали текат свободно, като при флуидите, но остават ориентирани като при твърдата материя. Течните кристали могат да бъдат направени изкуствено, като тези в дисплеите на електронни устройства. Откриват се и в природата, например в биологичните клетъчни мембрани.

В "квантов" течен кристал електроните се държат като молекулите в класическите течни кристали. Тоест, електроните се движат свободно, но имат предпочитана посока на потока. Първият квантов течен кристал е открит през 1999 г. от Джим Айзенщайн , професор по физика и приложна физика. Квантовият течен кристал на Айзенщайн е двуизмерен, което означава, че той е ограничен до една равнина вътре в материала  - изкуствено създаден метал на базата на галий и арсенид. Такива 2D квантови течни кристали оттогава са намерени в още няколко материала, включително при високотемпературни свръхпроводници - материали, които провеждат електричество с нулево съпротивление при около -150 градуса по Целзий, което е по-топло от работните температури за традиционните свръхпроводници.

Джон Хартър, учен в лабораторията Hsieh и водещ автор на новото изследване, обяснява, че 2-D квантовите течни кристали се държат по странен начин. "Електроните в тази равнина колективно решават да текат преференциално по оста X, а не по оста Y, въпреки че няма нищо, което да различава една посока от другата", казва той.

В 3D квантовите течни кристали електроните имат още по-странни качества. Тук електроните не само правят разграничение между осите x, y и z, но и имат различни магнитни свойства в зависимост от това дали се движат напред или назад по дадена ос.

"Протичането на електрически ток през тези материали ги превръща от немагнити в магнити, което е изключително необичайно", казва ученият. "Нещо повече, във всяка посока, в която може да тече ток, магнитната сила и магнитната ориентация се променят. Физиците казват, че електроните "нарушават симетрията" на решетката.

Хартър всъщност попаднал на откритието, докато изучава атомната структура на метално съединение на елемента рений. По-специално, той се опитвал да определи структурата на атомната решетка на кристала. При тези експерименти лазерната светлина се изстрелва върху материал и светлината с двойна честота се отразява обратно. Моделът на излъчваната светлина съдържа информация за симетрията на кристала. Моделите, измерени от учения били много странни и не можели да се обяснят с познатата атомна структура на съединението.

"Отначало не знаехме какво става", казва Хартър. След това научили за концепцията за 3D квантови течни кристали, разработена от Liang Fu, професор по физика в MIT. "Тя обяснява перфектно моделите. Всичко внезапно придоби смисъл", казва Хартър.

Изследователският екип очаква, че 3D квантовите течни кристали ще доведат до напредък в проектирането и създаването на по-ефективни компютърни чипове. Откриването на 3D квантови течни кристали може също така да допринесе за изграждането на квантови компютри, които ще декриптират кодовете или ще правят други изчисления при много по-високи скорости благодарение на квантовата природа на частиците.