莱斯大学物理学家在两个量子物理学子领域架起桥梁

技术研究 量科网 2023-10-18 08:16

美国莱斯大学的物理学家们在一项由Qimiao Si领导的研究中,通过证明特定且不可改变的拓扑态(对量子计算至关重要)可以与某些材料中的可变量子态交织在一起,从而将两个量子物理学子领域连接了起来。这一发现使得在更高的温度下对量子进行操作成为可能,提供了巨大的实用性承诺。

在这项研究中,Si和他研究小组的前研究生Haoyu Hu建立并测试了一个量子模型,以探索“受抑”晶格排列中的电子耦合,就像在金属和半金属中发现的那些具有“平坦带”的电子,在这种状态下电子会被卡住,强相关效应会被放大。在这项研究中,研究人员表明来自d-原子轨道的电子可以成为晶格中多个原子共享的更大分子轨道的一部分。该研究还表明,分子轨道上的电子可能会与其他受抑电子纠缠在一起。

莱斯大学物理学家在两个量子物理学子领域架起桥梁
Qimiao Si是莱斯大学物理学和天文学教授,他也是莱斯量子材料中心主任

Si说:“这些完全是d-轨道电子系统,在d电子的世界里,就像你有一条多车道的高速公路。而在f-轨道电子的世界里,你可以想象电子是在两层中运动。一种像d电子的高速公路,另一种就像土路,电子移动非常缓慢。这条土路离高速公路很远。高速公路对它的影响非常小,这意味着能量尺度极小,物理温度非常低。你需要在10开尔文左右的温度下才能看到耦合效果。但在d电子的世界里不是这样的,在多车道高速公路上,事物之间的耦合非常有效。”

即使存在“平坦带”,这种耦合效率仍然存在。Si将其比作高速公路的一条车道变得像f-轨道电子的土路一样低效和缓慢。他说:“即使它已经变成了一条土路,它仍然与其他车道共享地位,因为它们都来自d轨道,这实际上是一条土路,但它的耦合性要强得多,这就转化为了可在更高温度下发生的物理现象。”

Si继续表示:“这意味着我可以拥有所有基于f电子的精致物理学,对此我有清晰的模型和多年研究的直觉。我可以在200开尔文,甚至可能是300开尔文或在室温下进行工作,而不是必须在10开尔文温度下。因此,从实用的角度来看,它是非常有前途的。”(编译:Tmac)