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      穩(wěn)定量子計算的平臺 奇異物理的游樂場
      
			
      
				2019-12-06 10:03:48
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      超越哥斯拉vs.金剛-這是您一直在等待的跨界活動。好吧，至少如果您是凝聚態(tài)物理學家。哈佛大學的研究人員證明了首個既具有強相關電子相互作用又具有拓撲特性的材料。不確定是什么意思?不用擔心，我們將逐步引導您。您現(xiàn)在需要知道的是，這一發(fā)現(xiàn)不僅為更穩(wěn)定的量子計算鋪平了道路，而且還是探索奇異物理學野生世界的全新平臺。
      

      穩(wěn)定量子計算的平臺 奇異物理的游樂場
      

      該研究發(fā)表在《自然物理學》上。
      

      讓我們從基礎開始。拓撲絕緣體是可以在其表面或邊緣而非中間導電的材料。這些材料的奇怪之處在于，無論您如何切割它們，表面始終可以導電，中間始終可以絕緣。這些材料為基礎物理學提供了場所，但也有望在特殊類型的電子學和量子計算中得到許多應用。
      

      自從發(fā)現(xiàn)拓撲絕緣子以來，世界各地的研究人員一直在努力尋找具有這些強大特性的材料。
      

      物理學系研究生，論文的第一作者哈里斯·皮里說：“凝聚態(tài)物理最近的繁榮來自發(fā)現(xiàn)具有拓撲保護特性的材料。”
      

      十多年來，一種潛在的物質(zhì)六硼化sa一直是凝聚態(tài)物理學家之間激烈辯論的中心。中心問題：它是拓撲絕緣體還是非拓撲絕緣體?
      

      皮里說：“在過去的十年中，一堆文件說是，一堆文件說了不。” “問題的癥結(jié)在于，大多數(shù)拓撲材料沒有強烈相互作用的電子，這意味著電子移動得太快而無法彼此感應。但是六硼化does卻具有這種作用，這意味著該材料中的電子放慢了足夠的速度，以至于無法強烈相互作用。從理論上講，該理論具有相當大的推測性，目前尚不清楚具有強相互作用特性的材料是否也可能具有拓撲性。作為實驗主義者，我們基本上對這種材料視而不見。”
      

      為了解決辯論并一勞永逸地弄清是否可能同時具有強相互作用和拓撲特性，研究人員首先需要找到一個排列整齊的六硼化sa表面進行實驗。
      

      考慮到大部分材料表面都是崎ggy不整的雜亂，這并非易事。研究人員使用了Clowes科學教授，該論文的資深作者Jenny Hoffman實驗室開發(fā)的超高精度測量工具，找到了合適的原子級六硼化patch補丁。
      

      接下來，研究小組著手確定電子是否在拓撲上是絕緣的，方法是使電子通過電子波，并通過原子缺陷將它們散射開，例如將小卵石丟入池塘中。通過觀察波，研究人員可以找出電子相對于其能量的動量。
      

      皮瑞說：“我們發(fā)現(xiàn)電子的動量與它們的能量成正比，這是拓撲絕緣子的發(fā)煙槍。” “終于進入相互作用的物理學和拓撲物理學的交集，真是令人興奮。我們不知道在這里會發(fā)現(xiàn)什么。”
      

      與量子計算有關，強烈相互作用的拓撲材料可能能夠保護量子位，使其不會忘記其量子狀態(tài)，這一過程稱為退相干。
      

      霍夫曼說：“如果我們可以在拓撲受保護的狀態(tài)下對量子信息進行編碼，那么它就不會受到可能意外切換量子位的外部噪聲的影響。” “微軟已經(jīng)擁有一支龐大的團隊，致力于復合材料和納米結(jié)構(gòu)中的拓撲量子計算。我們的工作證明了單一拓撲材料中的第一款產(chǎn)品，該材料利用了強大的電子相互作用，最終可以用于拓撲量子計算。”
      

      芝加哥伊利諾伊大學物理學教授和物理學系的高級理論家迪克•莫爾(Dirk Morr)說：“下一步將是利用受拓撲保護的量子態(tài)與強相互作用的結(jié)合來設計物質(zhì)的新型量子態(tài)，例如拓撲超導體。紙。“它們的非凡特性可以為實現(xiàn)拓撲量子位開辟前所未有的可能性。”
      

      這項研究是由劉宇，Anjan Soumyanarayanan，Pengcheng Chen，Yang He，MM Yee，PFS Rosa，JD Thompson，Dae-Jeong Kim，Z.Fisk，Wangfeng Feng，Johnpierre Paglione和MH Hamidian合著的。
      

      美國國家科學基金會支持哈佛大學的電子測量和加州大學歐文分校的六硼化sa晶體生長。馬里蘭大學的晶體生長得到了Gordon&Betty Moore基金會的支持。能源部支持Los Alamos國家實驗室的磁測量和伊利諾伊大學的理論工作。
      
			

			
        
      
			
      
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