真实物质首探测量子自旋液体:或成量子计算突破

带有中子的蜂巢晶格上的自旋液态的激发过程。

带有中子的蜂巢晶格上的自旋液态的激发过程。

  新浪科技讯 北京时间4月11日消息,据国外媒体报道,美国麻省理工学院物理学家近日在真实的物质中探测到一种神秘的新型物质形态的存在,即量子自旋液体。物理学家认为,这一最新发现成果的意义不仅仅在于发现本身,还在于它点亮了未来量子计算的广阔前景。从理论上讲,量子自旋液体将有助于数据存储、改善计算能力,防止量子位的衰减等。

  美国麻省理工学院物理学家认为,量子自旋液体将有可能消除量子位周围物质中的污点,而这些污点有可能在量子计算中突然改变量子状态。英国剑桥大学凝聚态物理学家迪米特里-科夫里珍是研究团队成员之一。迪米特里表示,“这是我们在探索量子世界的征途中迈出的重要一步。这是我们此前从未见过的另一种新型量子态,它向我们展示了新事物存在的可能性。”

 其实,早在40多年前,一支由多国科学家组成的研究团队就已经从理论上提出了量子自旋液体这一概念。到2012年,量子自旋液体被首次发现。美国国家标准与技术研究院科学家在一种名为“Herbertsmithite”矿物质中证实了自旋液体的存在。物理学家在最新研究论文中介绍说,量子自旋液体以其电子分裂属性而出名,但研究人员此前从未在真实物质中发现过这种分裂的发生。这种新的物质形态会导致电子分裂成名为“马约拉纳费米子”碎片粒子。近日,物理学家们已经能够在两维物质(类似于石墨单原子层)中探测到这种粒子。

  迪米特里介绍说,“直到最近,我们才知道量子自旋液体的实验现象究竟是什么样子。在此前的研究中,我们心中一直存在一个疑问,即如果我们实施了一项关于可能的量子自旋液体的实验,我们将有可能看到什么。”研究人员利用中子散射技术所取得的成果与量子自旋液体理论的主要模型Kitaev模型预测的结果相一致。

  为了更好地理解量子自旋液体的功能原理,你可以先了解一下普通的磁性物质工作原理。在磁性物质中,当温度降到足够低时,电子的行为方式就像是旋转的条形磁铁一样根据磁极进行自我排列。然而,在含有量子自旋液体的磁性物质中,这些电子仍然会不断起伏波动,即使物质已被冷却到绝对零度,条形磁铁无法整齐排列,而是由于量子起伏而形成一种混沌汤状态。为了探测这种起伏波动,物理学家对实验物质中的电子进行了观测,他们发现在量子自旋液体物质中形成的形态与此前理论中预测的结果相一致。

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新浪科技
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