2019-09-23 23:05:02
这种超薄材料中的谷态有可能被用于量子计算

二维二硫化钨(WS2)的新研究可能为量子计算的发展打开大门。

在9月13日发表于《自然通讯》上的一篇论文中,科学家们报告说,他们可以通过对编码量子数据有用的方式来操纵这种超薄材料的电子特性。

该研究涉及WS2的能量谷,该论文的第一作者,布法罗大学的物理学家郝曾将其描述为“晶体固体中电子结构的局部能量极值”。

谷对应于电子在材料中可以具有的比能,并且一个谷与另一个谷中电子的存在可以用来编码信息。一个谷中的电子可以用二进制代码表示1,而另一个谷中的电子可以表示0。

控制可能在何处发现电子的能力可以在量子计算中取得进步,从而可以创建量子信息的基本单位量子位。量子位具有神秘的品质,不仅能够以1或0的状态存在,而且能够以与这两个状态相关的“叠加”状态存在。

《自然通讯》上的论文标志着向这些未来技术迈出的一步,展示了一种在WS2中操纵山谷状态的新颖方法。

UB艺术与科学学院的物理学教授Zeng博士与Athos Petrou博士,UB杰出物理学教授以及Renat Sabirianov博士,物理学系主任一起领导了该项目内布拉斯加大学奥马哈分校。其他合著者包括UB物理研究生Tenzin Norden,赵川和张佩瑶。该研究由国家科学基金会资助。

改变二硫化钨的能量谷

二维二硫化钨是三原子厚的单层材料。在此配置中,WS2具有两个能量谷,两个能量谷都具有相同的能量。

过去的研究表明,施加磁场可以使波谷的能量向相反方向移动,降低一个波谷的能量使其“更深”,并且对电子更具吸引力,同时提高另一个波谷的能量使其成为“电子”。更浅。

曾说:“我们表明,如果在二硫化钨下面放置一层薄薄的磁性硫化euro,则两个谷的能量转移可以扩大两个数量级。” “然后,当我们施加1特斯拉的磁场时,我们就能实现谷能量的巨大转变-相当于如果硫化were是100特斯拉的磁场,我们可能希望达到这一目标。不存在。”

彼得鲁说:“这种影响的大小非常大,就像使用磁场放大器一样。” “令人惊讶的是,我们不得不多次检查以确保我们没有犯错误。”

最终结果?操纵和检测山谷中电子的能力得到了极大提高,其质量可以促进量子计算的量子位控制。

山谷国家作为量子计算的量子位

与其他形式的量子计算一样,基于山谷的量子计算将依靠亚原子粒子(在本例中为电子)的古怪品质来执行强大的计算。

电子的行为可能看起来很奇怪,例如,它们可以一次出现在多个位置。结果,在使用谷底电子作为量子位的系统中,1和0并不是唯一可能的状态。 Zeng说,量子位还可以处于这些状态的任何叠加,从而使量子计算机能够同时探索多种可能性。

曾说:“这就是为什么量子计算在某些特殊任务中如此强大的原因。” “由于量子计算的概率性和随机性,它特别适用于人工智能,密码学,财务建模和量子力学模拟等应用,以设计更好的材料。但是,仍然需要克服许多障碍,如果可扩展的通用量子计算成为现实,可能还需要很多年。”

这项新的研究基于Zeng和Petrou的先前工作,他们使用硫化euro和磁场改变了另一种二维材料:二硒化钨(WSe2)中两个波谷的能量。

尽管WS2和WSe2相似,但是它们对“山谷分裂”演习的反应却有所不同。在WS2中,“更深”的山谷类似于WSe2中的“更浅”的山谷,反之亦然,这为探索这种区别如何在技术应用中提供灵活性提供了机会。

两种材料共享的一个特征可以使量子计算受益:在WS2和WSe2中,填充两个能量谷的电子具有相反的自旋,即角动量形式。 Zeng说,尽管这种特性对于创建量子位不是必需的,但它“提供了对量子态的某种保护,使它们更加健壮”。

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