科学家发现奇异液态自旋量子 可用于量子计算机

液态自旋量子是一种物质的神秘状态,它被世人认为暗藏于某些磁性物质,但从未在自然界中被确凿发现

腾讯科学讯 据国外媒体报道,科学家们在剑桥大学主导的一项研究中发现了一种在40年前被首次预测到的奇异的新状态物质。这种名为液态自旋量子的状态可以产生电子,电子被认为是看不见的自然砌块的碎片。这种微小的粒子又名马约拉纳费米子,可以在量子计算机中使用;真实材料中电子分裂的发现被认为是一项重大突破。物理学家们在和石墨烯结构类似的二维物质中对马约拉纳费米子的特征进行了测量。

实验结果与液态自旋量子的主要模型之一,Kitaev模型成功匹配。液态自旋量子是一种物质的神秘状态,它被世人认为暗藏于某些磁性物质,但从未在自然界中被确凿发现。对于液态自旋量子最为有趣的性质之一——电子分裂或分馏在真实材料中的观测十分重要。结果表明,马约拉纳费米子可以使量子计算机比传统计算机的速度快得多,而且能够执行传统计算机无法执行的计算。

在典型的磁性材料中,每个电子的作用如同条形磁铁。当材料温度降至足够低,这些“磁铁”会自主行事,比方说所有的北极都会指向同一方向。但是当材料包含自选液态时,即使它被降温到绝对零度,条形磁铁不会排列成直线,而是会受到量子起伏的影响,形成纠缠不清的汤。这一状态于1973年首次由物理学家Phil Anderson提出。

Knolle和Kovrizhin的合作者们在橡树岭国家实验室的领导下,使用中子散射技术来寻找氯化钌分馏的实验证据。他们在2014年作出的预测和研究人员此次的观测结果相符;这是首次在二维材料上观测到液态自旋量子和电子分馏。Knolle表示,此次发现为物质的量子状态添上了新的一笔。Kovrizhin表示,此次发现是人类对量子态认知的重大进步,发现一种全新的量子态十分有趣,它代表了新尝试和新可能。

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