量子計算機關鍵材料：科研人員研發出維持量子自旋液體的無機化合物

量子比特計算機晶元（圖片來源於網路）

俄勒岡州立大學研究人員研發出製作下一代超級計算機的關鍵新材料。這些「量子計算機」解決的問題將遠遠超出現有計算機能力範圍，而且運行速度更快、能耗更低。

俄勒岡州立大學科學學院的研究人員研發出了一種無機化合物，它的晶體結構能夠維持一種稱為量子自旋液體的新物質狀態，這是量子計算的一個重要進展。

在新化合物中，氧化鋨鋰和鋨原子形成蜂窩狀晶格，強化了 「磁阻挫」現象，它可能會像凝聚態物理理論家預測的那樣，導致產生量子自旋液體。

這篇文章的作者Mas Subramanian和俄勒岡州立大學材料科學系Milton Harris教授解釋說：「在羅盤針這樣的永磁體中，電子保持定向旋轉，也就是它們都以相同的方向旋轉。」

Subramanian說：「但在受挫的磁鐵中，原子是這樣排列的：電子自旋不能實現有序排列，而是處於不斷波動的狀態，類似於離子在液體中的表現方式。」

俄勒岡州立大學發現，氧化鋨鋰即使在接近絕對零度時也沒表現出磁有序的特性，這表明化合物可能存在量子自旋液態。

Subramanian說：「我們對這一新發現感到非常興奮，因為它擴大了新量子自旋液體材料的搜索範圍，可能會改變我們處理和存儲數據的方式。迄今為止，很少在無機材料中檢測到量子自旋液體現象，其中一些含有銥，鋨（在元素周期表中緊挨著銥）的化合物能夠維持量子自旋液態所有特徵。」

加利福尼亞大學聖克魯茲分校凝聚態物理學家阿瑟拉米雷斯是該論文的合著者之一，他指出這種化合物是第一種含有鋨的蜂窩狀結構材料，並期望發現更多的類似材料。

拉米雷斯還指出，這項研究表明了包括材料化學家和凝聚態物理學家在內的多學科合作的重要性，他們參與了合成、理論和測量，以解決量子自旋液體等新興科學問題。

Subramanian團隊的下一步研究計劃是探索用鋨製備出各種完美有序的晶體結構。

美國國家科學基金會正在通過DMREF計劃資助研究：設計材料以革新、設計我們的未來。研究結果發表在今天的《 Scientific Reports》上。

量子計算的原理是基於亞原子粒子在任何時間都存在於多個狀態的能力。

經典計算依賴於比特 —— 信息儲存在兩種狀態之中，即0或1。而在量子計算中，信息被轉換為量子比特，它們可以存儲比0或1更多的信息，因為它們可以處於這些值的任何「疊加」組合中。

用球體來比喻比特和量子比特。比特只能在球體上的兩個極點，而量子比特可以在球體上的任何地方。這意味著量子比特信息存儲潛力更大、能源消耗更小。

文章來自phys.org，原文題目為Discovery of new material is key step toward more powerful computing，由材料科技在線匯總整理

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