发现新材料是实现更强大计算的关键一步

俄勒冈州立大学研究人员创造的新材料是迈向下一代超级计算机的关键一步。

那些“量子计算机”将能够解决远远超出现有计算机范围的问题,同时工作速度更快,能耗更低。

俄勒冈州立大学科学学院的研究人员开发出一种无机化合物,采用能够维持称为量子自旋液体的新状态的晶体结构,这是量子计算的重要进步。

在新化合物中,锇原子氧化物,锇原子形成蜂窝状晶格,强化了一种称为“磁挫折”的现象,可以通过凝聚态物理理论家的预测产生量子自旋液体。

对应的作者Mas Subramanian,俄勒冈州立大学材料科学教授Milton Harris解释说,在像指南针这样的永磁体中,电子以对齐的方式旋转 - 也就是说,它们都以相同的方向旋转。

“但是在沮丧的磁体中,原子排列是这样的,电子旋转不能实现有序排列,而是处于不断波动的状态,类似于离子在液体中的出现方式,”Subramanian说。

俄勒冈州立大学发现的锂锇氧化物即使在冷冻到接近绝对零度时也没有证据表明磁性有序,这表明化合物可能存在潜在的量子自旋液态,他说。

“我们对这一新发展感到兴奋,因为它拓宽了新量子旋转液体材料的搜索范围,可以彻底改变我们处理和存储数据的方式,”Subramanian说。“迄今为止,极少数无机材料中检测到量子自旋液体现象,其中一些含有铱。锇在元素周期表中位于铱的旁边,具有形成能够维持量子自旋液态的化合物的所有正确特性。”

加州大学圣克鲁兹分校的凝聚态物理学家亚瑟·拉米雷斯(Arthur Ra​​mirez)是该论文的共同作者之一,他指出这种化合物是第一种含有锇的蜂窝状结构材料,并且预计会有更多。

拉米雷斯还指出,这项研究表明了多学科合作的重要性,涉及材料化学家和从事合成,理论和测量的凝聚态物理学家,以解决像量子旋转液体这样的新兴科学。

Subramanian团队的下一步是探索制造各种完美有序的锇晶体结构所需的化学反应。

美国国家科学基金会通过其DMREF计划资助研究:设计材料以革新和设计我们的未来。研究结果今天发表在科学报告上。

量子计算的概念基于亚原子粒子在任何时间以多种状态存在的能力。

经典计算依赖于位 - 存在于两种状态之一(0或1)中的信息片段。在量子计算中,信息被转换为量子位或量子位,可以存储比0或1更多的信息,因为他们可以在这些价值观的任何“叠加”。

通过可视化球体来考虑位和量子位。有点只能在球体上的两个极点中的任何一个,而量子位可以在球体上的任何位置。这意味着更多的信息存储潜力和更少的能源消耗。