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  • 量子计算机又近一步!美科学家发现首个量子液晶!

    来源:www.gdshenteng.cn 发布时间:2019-12-01

    加州理工学院量子信息与物质研究所的物理学家发现了第一个三维量子液晶,这是一种新的状态物质,可以用于未来的超快量子计算机。 研究结果发表在4月21日的科学杂志上

    大卫谢(David Hsieh),加州理工学院物理学助理教授,是这项研究的主要负责人,他说:“我们探测到了一种新的物质基本状态,这可以被认为是液晶的量子类比。” 原则上,这种量子液晶有很多种,所以我们的发现可能只是冰山一角。 “

    液晶位于液体和固体之间的中间状态:它由自由流动的分子组成,看起来像液体,但它保留了一些晶体物质分子的各向异性有序排列,又看起来像固体。

    液晶也可以在自然界中找到,例如生物细胞膜 此外,它也可以人工制造,如普通电视、智能手机、手表等产品中的液晶显示器。

    量子液晶中电子的行为类似于传统液晶中分子的行为 也就是说,电子自由移动,但同时具有优先的流动方向。 第一个量子液晶是由吉姆艾森斯坦于1999年发现的,他是加州理工学院的物理学和应用物理学教授 艾森斯坦的量子液晶是二维的,即被限制在单一的主体材料平面(人工生长的砷化镓金属) 后来,这种二维量子液晶也在其他几种材料中被发现,例如在-150摄氏度时没有电阻的高温超导体3354,其工作温度高于传统超导体。

    这项新研究的第一作者、谢实验室博士后研究员约翰哈特(John Harter)解释说,二维量子液晶的行为非常奇怪:“虽然在X轴和Y轴(指晶格)之间没有区别,但平面上的电子作为一个整体会决定偏好其中一个方向。” “

    现在田纳西大学哈特、谢和橡树岭国家实验室的同事们发现了第一个三维量子液晶 与二维量子液晶相比,三维版本的液晶看起来更奇怪。 在三维量子液晶中,不仅x、y、z、y和z轴上的电子分布不同,而且由于正向或反向流动而在特定轴上的磁性也不同。 谢长廷说:“通过电流将一种材料从非磁体变成磁体是非常不寻常的。” 此外,磁场强度不同于电流可以通过的方向之间的磁场方向。 物理学家说这打破了晶格的对称性 “

    哈特也是偶然被发现的 他最初打算研究基于铼的金属化合物的原子结构 具体来说,他试图用光学二次谐波旋转各向异性技术来描述晶体结构 在实验中,当研究人员用激光撞击材料时,反射的激光频率将加倍,其模式包含晶体对称性信息 铼基金属化合物的测量模型非常奇怪,不能用化合物的已知原子结构来解释。

    哈特回忆道:“起初,我们不知所措 研究者随后了解了麻省理工学院物理教授傅亮提出的三维量子液晶的概念这完美地解释了这种模式,突然间一切都有了意义 “研究人员表示,三维量子液晶可能在自旋电子学中发挥重要作用,利用电子的自旋方向来制造更高效的计算机芯片。 这一发现也有助于解决量子计算机制造中的一些困难,其中之一是量子特性非常脆弱,很容易被周围环境的作用破坏。 加州理工学院理论物理学家阿列克谢基塔耶夫(Alexei Kitaev)和数学教授罗纳德林德(Ronald and Maxine Linde)提出了拓扑量子计算技术,这可以通过使用一种叫做拓扑超导体的特殊超导体来解决。

    Hsieh说:“三维量子液晶可以用作拓扑超导体的前体,就像二维量子液晶可以用作高温超导体的前体一样

    Harter说:“我们已经知道如何利用三维量子液晶制造拓扑超导体,而不是依靠运气来找到拓扑超导体。这将是我们的下一步。” "

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