A tudósok három kvantumörvényből álló szerkezetet hoztak létre, amelyet nem lehet „szétszedni”, és ez a felfedezés hatással lehet a kvantum-számítástechnikára és a részecskefizikára. Ez a szerkezet hasonlít a Borromean-gyűrűkre, valamint egy viking szimbólumra is, és bizonyos típusú folyadékkristályokban vagy kondenzált anyagrendszerekben figyelhető meg – írja a sajtóközlemény.

A Borromean-gyűrűk (Borromean-rings) egy matematikai fogalom, amely három egyszerű zárt görbét ír le egy háromdimenziós térben. Ezek a görbék vagy tehát „gyűrűk” oly módon kapcsolódnak egymáshoz, hogy nem választhatók el egymástól anélkül, hogy legalább az egyik gyűrű el ne törne. Ez azt jelenti, hogy ha valaki megpróbálja eltávolítani az egyik gyűrűt, a másik kettő is szétválik. Vagyis a gyűrűk olyan módon kapcsolódnak egymáshoz, hogy együtt erősebbek, mint külön-külön. Ezt a koncepciót gyakran három Venn-diagram formájú körrel illusztrálják, ahol a körök keresztezik egymást a metszéspontjukon:

A Communications Physics folyóiratban megjelent tanulmányukban a finn Aalto Egyetem, valamint a British Columbia Egyetem és az amerikai Princeton Institute for Advanced Study kutatói olyan összekapcsolt örvényekből álló szerkezetet hoztak létre, amelyeket alapvető tulajdonságaik miatt nem lehet szétszedni. A szerkezet fogalmilag tehát hasonló a fentebb említett Borromean-gyűrűkhöz. Ezt a három egymáshoz kapcsolódó körből álló mintát azonban régóta széles körben használják a matematikán kívül a szimbolikában, sőt címerként is. Az Odinhoz kapcsolódó hasonló viking szimbólum (a Valknut) például három háromszögből áll, amelyek hasonló módon kapcsolódnak egymáshoz. Mint azt Mikko Möttönen, az Aalto Egyetem professzora nyilatkozta a felfedezés kapcsán:

„Az új elem itt az, hogy három különböző áramlási örvényt tudtunk matematikailag megszerkeszteni, amelyek összekapcsolódtak, de nem tudtak áthaladni egymáson (…). Ha az örvények áthatolnak egymáson, akkor a metszéspontban egyfajta „zsinór” képződik, amely az örvényeket összefűzi és energiát fogyaszt. Ez azt jelenti, hogy a szerkezet nem tud egykönnyen tönkremenni.”

Ezek az eredmények egy napon segíthetnek pontosabbá tenni a kvantumszámítást. A topológiai kvantumszámításban ugyanis a logikai műveleteket úgy hajtanák végre, hogy különböző típusú örvényeket fonnának egymás köré különböző módon. „Normál folyadékokban a csomók felbomlanak, de a kvantumterekben előfordulhatnak olyan topológiai védelemmel ellátott csomók, amilyeneket most felfedeztünk” – tette hozzá a professzor. Egy másik kutató azt is hozzátette, hogy „ugyanez az elméleti modell használható számos különböző rendszer struktúráinak leírására, például a kozmikus húrokra a kozmológiában”. A tanulmányban használt topológiai struktúrák a kvantumtérelmélet vákuumstruktúráinak is megfeleltethetőek, az eredmények tehát a részecskefizikára is vonatkozhatnak.

Ezután a kutatók azt tervezik, hogy elméletileg demonstrálják egy csomó létezését a Bose-Einstein kondenzátumban, amely topológiailag védett lenne a feloldódás ellen. Mint azt Möttönen professzor még elmondta:

„A topológiailag védett csomók megléte a természet egyik alapvető kérdése. A matematikai bizonyítást követően áttérhetünk a szimulációkra és a kísérleti kutatásokra.”

(Kép: wikimedia/Valknut)