一种最初在近50年前假设的特殊物质状态已被首次观察到。由哈佛大学研究人员创造出所谓的量子自旋液体最终可以帮助改善量子计算机。要使材料成为磁性材料，材料中电子的自旋需要高度有序。最常见的磁性类型是因为材料中所有电子的自旋都向同一方向排列，当相邻电子的自旋以棋盘格模式上下交替时，也会产生其他类型的磁性，也就是说，只要有秩序它就能发挥作用。



哈佛大学研究人员米哈伊尔-卢金（左）和朱利亚-塞梅希尼（右）领导的团队首次观察到一种被称为量子自旋液体的奇特物质状态


但在1973年，物理学家菲利普·安德森假设了一种叫做量子自旋液体的物质状态，它不会遵循这些规则。当材料被冷却时，它不会形成固体，重要的是，它们的电子不会稳定到一个高度有序的状态。相反，它们会不断地转换，在一个复杂的量子状态下相互纠缠在一起。


现在，由哈佛大学领导的一个科学家小组首次创造并观察到了量子自旋液体。为了做到这一点，研究人员使用了他们几年前开发的可编程量子模拟器，该模拟器使用激光将219个原子悬浮在一个网格中。这些原子的属性可以被仔细操纵，包括其电子的自旋。


在这项研究中，研究小组将这些原子安排在一个三角形的格子里，这意味着每个原子都有两个紧邻。一对电子能够以一种方式或另一种方式进行磁稳定，因为它们的自旋可以对齐或交替进行--但如果有第三个轮子，就会破坏这种平衡，产生一个无法解决的"沮丧的磁体"。


由此产生的量子自旋液体表现出一些有用的量子现象，例如纠缠--原子可以跨越遥远的距离相互影响，甚至"传送"信息--以及量子叠加，原子可以同时存在于多个状态。这两点对建立量子计算机都很有用，这些计算机应该对外部干扰有更强的抵抗力。


该研究的主要作者Giulia Semeghini说："我们展示了如何创建这种拓扑量子比特的第一步，但我们仍然需要证明你如何能够实际编码它并操纵它。现在还有很多东西需要探索"。


这项研究发表在《科学》杂志上。