当不同的量子态结合在一起时，就会出现新的物质集体态。在量子领域，将具有量子效应的原子等成分结合起来，可以产生物质的宏观量子态，具有其他地方不存在的奇异量子激发。

在阿尔托大学和中国科学院物理研究所的合作下，研究人员在氧化镁基底上用磁性钛逐个原子构建了一种人工量子材料。然后，他们精心设计了原子在材料内部的相互作用方式，目的是产生一种新的量子物质状态。

阿尔托大学助理教授 Jose Lado 创建了理论设计，以制造具有拓扑量子磁性的材料，中国科学院物理研究所副教授杨凯领导的团队利用扫描隧道显微镜进行原子操控，构建并测量了这种人造材料。

结果，研究人员首次展示了一种被称为高阶拓扑量子磁体的新物质量子态。拓扑磁体可能代表了一种在量子技术中实现实质性防退相干保护的新方法。

除了从基础科学的角度引起人们的兴趣之外，类似这种新型量子磁体的拓扑量子多体物质还可能对未来的量子技术产生突破性的影响。

“创建多体拓扑量子磁体让我们能够探索物理学中令人兴奋的新方向。拓扑量子磁体中的激发与传统磁体中的激发具有截然不同的特性，可以让我们创造出超出当前量子材料能力的新物理现象，”Lado 说。

量子磁体是一种能够实现磁态量子叠加的材料，可将量子现象从微观尺度带到宏观尺度。这些材料具有奇异的量子激发(包括分数激发，电子的行为就像被分裂成许多部分一样)，而这些激发在材料之外的任何地方都不存在。

为了操纵研究人员组装的量子材料中原子的行为，他们用一根细针戳每个原子。这项技术可以在原子层面上精确探测量子比特。这根针实际上是一个原子级的尖锐金属尖端，用于激发原子的局部磁矩，从而产生具有增强相干性的拓扑激发。

“拓扑量子激发，比如我们现在建造的拓扑量子磁体中实现的激发，可以有效地防止退相干。最终，这些奇异激发提供的保护可以帮助我们克服目前可用的量子比特面临的一些最紧迫的挑战，”Lado 说。

在他们的实验中，研究人员观察到拓扑激发具有抗扰动性，这也是 Lado 的理论设计所预测的特征。结果还表明，拓扑激发的量子相干性高于其原始单个成分。这一发现可能为将研究人员的人造量子材料转变为不受退相干影响的量子信息基石指明了方向。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：