激子絕緣體中反映的超導規(guī)則

致力于創(chuàng)建容錯量子計算機工作組件的萊斯大學物理學家成功地創(chuàng)造了一種以前看不見的物質狀態(tài)。

和的一個國際團隊在賴斯的試驗中觀察到了“拓撲激子絕緣體”。研究人員 本周在Nature Communications雜志上報道了他們的發(fā)現(xiàn)。他們的設備可能潛在地用于 拓撲量子計算機，這是一種量子計算機，它將信息存儲在量子粒子中，這些粒子被編織在一起，就像不容易被打破的結一樣。這些穩(wěn)定的，編織的“拓撲”量子比特或拓撲量子比特，可以克服當今量子計算的一個主要局限性：非拓撲學的Qubits很容易“消失”并丟失它們存儲的信息。

傳統(tǒng)計算機使用二進制數(shù)據(jù)，即存儲為1或0的信息。由于量子力學的怪癖，量子比特可以同時代表一個零，零和三個同時為零和零的狀態(tài)。

第三種狀態(tài)可用于加速計算，以至于只有幾十個量子比特的量子計算機可以像擁有十億個二進制晶體管的微芯片一樣快地完成一些計算。

在這項新研究中，賴斯物理學家杜瑞瑞和前萊斯大學研究生杜玲杰(無關系)與萊斯大學，北京大學和科學院的研究人員合作，創(chuàng)造了由超薄疊層半導體微片制成的激子絕緣體。這些器件的寬度不超過100微米，在一片鎵銻上面含有一片砷化銦。當在液氦浴中冷卻至約10開爾文的極低溫度時，在裝置內(nèi)部形成超流體量子液體并且電停止通過它們。

“這非常類似于超導體中的過程，在那里你有相互吸引的電子，形成無阻力流動的電子對，”Rice的物理和天文學教授，研究員Rui-Rui Du說。 Rice量子材料中心(RCQM)。“在我們的例子中， 電子與帶正電的'電子空穴'配對， 形成一個凈電荷為零的超流體。”

現(xiàn)任哥倫比亞大學博士后研究員的Lingjie Du說：“這是一個集體效應，因此對于外部觀察者來說，系統(tǒng)正常導電，直到它冷卻到臨界溫度，突然變?yōu)橄辔?，成為一個完美的絕緣體。”

為了證明該裝置是長期尋求的激子絕緣體，該團隊首先必須證明該流體是一種量子凝聚物。這項任務落到了RCQM研究員Junichiro Kono實驗室的研究生李新偉身上。賴斯電氣和計算機工程教授Li和Kono在冷卻到臨界溫度時，通過器件照射太赫茲波，發(fā)現(xiàn)樣品在兩個不同的波段吸收了太赫茲能量 - 量子凝聚的特征

顯示該裝置的拓撲涉及測試圍繞其周邊的一維帶中的電傳導。

“邊緣的這種新奇屬性是人們非常感興趣的東西，”Rui-Rui Du說道。“這種邊緣狀態(tài)沒有電阻，你可以通過傳導將電子與其自旋力矩聯(lián)系起來。如果它們有一種類型的旋轉，它們會順時針旋轉，如果它們有另一種，它們會逆時針旋轉。“

在這些相反的電子流上構建的編織電路將具有固有的拓撲特征，可用于形成容錯的量子比特。

“另一個美妙之處在于，相同的原理仍然適用于室溫，”Rui-Rui Du說。“有一些原子層狀材料，如二硫化鎢，可以用來在室溫下產(chǎn)生同樣的效果，前提是它們可以制成足夠純凈的形狀。”