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人类首次直接“看到”量子自旋效应

科技日报 | 2018/08/02 09:20:33  | 2194 次浏览

据新加坡国立大学(NUS)官网近日报道,该校科学家领导的国际科研团队,首次直接“看到”拓扑绝缘体和金属中电子的量子自旋现象,为未来研发先进的量子计算组件以及设备铺平了道路,距离实现量子计算又近了一步。

量子计算机目前仍处于研发的初期阶段,但其展现出的计算速度已经是传统技术的数百万倍,其非凡的处理能力之所以成为可能,“幕后功臣”是量子计算机运行的全新方式——使用光而非电。

传统计算机使用电子将信息编码成0和1的二进制状态,相比之下,量子计算机用激光与材料内的电子相互作用,以测量电子的“自旋”现象。这些自旋电子的状态取代了0和1,而且,由于它们能同时以多个自旋状态存在,因而可以实现更复杂的计算。

然而,要利用光和电子相互作用,说起来容易做起来难。因为,这些相互作用极其复杂,而且在试图预测其行为时总存在一定程度的不确定性,因此,科学家一直在寻找可靠、实用的方法来观察这些量子效应,希望能借此发现更先进的量子计算设备。

NUS电子与计算机工程系副教授杨贤秀领导的团队取得的真正突破是:使用扫描光电压显微镜首次“看到”拓扑绝缘体硒化铋和铂中的特定自旋现象。由于施加的电流会影响所有这些材料量子能级的电子自旋,他们能使用来自显微镜的偏振光直接观察到这种变化。

此外,与其他观察技术不同,新实验装置可在室温下工作,因而适用于多种其他材料,这意味着开发更好的量子计算机将变得更容易。

接下来,杨贤秀团队计划在具有新颖自旋特性的新奇材料上测试他们的新方法。他们也希望与行业伙伴合作,进一步探索这种独特技术的各种应用,重点是开发未来量子计算机中使用的设备。

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