科學家發現第三種磁性：或是量子計算又一突破

據國外媒體報道，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員發現了一種新物質，擁有第三種磁性狀态。麻省理工學院稱之為“液态自旋量子”，他們表示這種新物質将改變電腦的資料存儲方式。

量子自旋液體将有可能消除量子位周圍物質中的污點，而這些污點有可能在量子計算中突然改變量子狀态。英國《自然》雜志報道稱，液态自旋量子是一種固态晶體，但它的磁态卻呈液态。與其他兩種磁性不同，液态自旋量子的單個粒子磁性取向始終處于變化之中，與真正液體中的分子運動類似。

麻省理工學院的實體學教授Young Lee表示，這種物質内部沒有靜态磁性取向。他說：“但粒子之間存在強烈的互相作用，由于量子效應，它們不會固定在某個地方。” 從理論上講，量子自旋液體将有助于資料存儲、改善計算能力，防止量子位的衰減等。 

其實，早在40多年前，一支由多國科學家組成的研究團隊就已經從理論上提出了量子自旋液體這一概念。但直到2012年，量子自旋液體才首次被發現。Young Lee指出，這種怪異的狀态很難進行測量或者說很難證明它的存在。這是迄今為止得出的最具有說服力的實驗資料，證明存在這種現象。實體學家在最新研究論文中介紹說，量子自旋液體以其電子分裂屬性而出名，但研究人員此前從未在真實物質中發現過這種分裂的發生。這種新的物質形态會導緻電子分裂成名為“馬約拉納費米子”碎片粒子。近日，實體學家們已經能夠在兩維物質（類似于石墨單原子層）中探測到這種粒子。

所謂的鐵磁性是指磁鐵或者指南針的簡單磁性。而反鐵磁性是指金屬或者合金的離子磁場互相抵消，它是現代電腦硬碟讀頭的基礎。不過，無論是哪一種情況，它們隻有溫度冷卻到一個确定溫度之後才能具有磁性。

普通的磁性物質工作原理是：在磁性物質中，當溫度降到足夠低時，電子的行為方式就像是旋轉的條形磁鐵一樣根據磁極進行自我排列。然而，在含有量子自旋液體的磁性物質中，這些電子仍然會不斷起伏波動，即使物質已被冷卻到絕對零度，條形磁鐵無法整齊排列，而是由于量子起伏而形成一種混沌湯狀态。為了探測這種起伏波動，實體學家對實驗物質中的電子進行了觀測，他們發現在量子自旋液體物質中形成的形态與此前理論中預測的結果相一緻。

1987年，著名理論學家菲利普·安德森首次提出存在第三種磁态。“自此之後，實體學家便希望制造出這種磁态。過去幾年，我們才在這一研究領域取得進展。據了解，液态自旋量子本身是一種被稱之為“herbertsmithite”的礦物晶體，以礦物學家赫伯特-史密斯(Herbert Smith)的名字命名。

從2011年開始，麻省理工學院的實體學家一直對這種晶體的性質進行細緻研究。絕大多數物質都擁有不連續的量子态，量子态的改變用整數表達，相比之下，液态自旋量子表現出碎片式的量子态。研究人員發現這種被稱之為“自旋振子”的量子态能夠形成一個連續體。

重要的是，麻省理工學院的研究成果有助于改進資料存儲或者通訊，可能的方式是利用一種被稱之為“遠距離纏結”的怪異量子現象。遠距離纏結是指兩個相隔很遠的粒子能夠同時影響彼此的狀态。此外，這一研究成果也有助于研發高溫超導體，讓這一領域取得新進展。美國哈佛大學實體學教授蘇比爾·薩奇德夫表示：“這是一個重大研究發現，為研究多主體系統内的量子纏結打開了新的通道。”

原文釋出時間為：2016-04-12

本文作者：溫曉桦

本文來源：

雷鋒網

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