QC資訊∣首次實現新的量子自旋液體

圖為μ子自旋光譜儀

1987年，諾貝爾物理學獎得主保羅·W·安德森(Paul W. Anderson)提出，高溫超導或電阻損失與外來量子態（現稱為「量子自旋液體」）有關。磁性材料是由非常小的磁體組成。磁性材料的強度和方向由磁矩表示。在量子自旋液體中，磁矩表現像液體一樣，即使在絕對零度下也不會凍結。這些量子態是拓撲量子計算機未來新材料的研究方向。除了具有較大的計算能力外，拓撲量子計算機還具有較高的容錯性，這可以增加計算機的尺寸。截至目前，只有少數量子自旋液體適用於拓撲量子計算機。

阿爾托研發的磁性材料方法能夠製備新的量子自旋液體。

阿爾託大學、巴西物理研究中心(CBPF)、布倫瑞克工業大學和名古屋大學的研究人員已首次研發出了安德森預測的類超導體的量子自旋液體。這是了解超導體和量子材料的重要一步。

高溫超導體是銅氧化合物，其中銅離子形成方形晶格，使相鄰的磁矩面朝相反方向。銅的氧化狀態改變將擾亂這種結構，材料此時將變成超導體。在發表的新研究中，這個正方形結構的磁相互作用被帶有d10和d0電子結構的離子修改，這使材料變成了量子自旋液體。

阿爾託大學奧托·穆斯托寧(Otto Mustonen)稱，「這種新的d10/d0方法可用於許多其他磁性材料，包括各種量子材料」。

無縫合作

量子自旋液體的檢測非常困難，需要大量的研究基礎設施。

布倫瑞克工業大學F. Jochen Litterst教授稱，「我們在這項研究中使用了μ子自旋光譜，該方法是基於有效期短的電子類基本粒子（被稱為μ子）的相互作用，該方法可以檢測量子材料中非常弱的磁場」。檢測是在瑞士的保羅·謝勒研究院(Paul Scherrer Institute)進行的。

「除了頂級設備之外，這項研究還需要化學家和物理學家之間的無縫合作，」Maarit Karppinen教授強調稱，「未來我們仍需要多學科合作共同推動量子自旋液體的研究，引導我們實現拓撲量子計算機。」

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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