 图片来源：CC0公共领域 清华大学和北京中科院物理研究所的科学家们已经证明了利用量子反常霍尔效应控制多层磁性掺杂半导体中的物质状态，从而控制内部电阻的能力。 量子反常霍尔效应（QAH）发生在一些特殊设计的材料中，这些材料的电子可以在不损失能量的情况下移动毫米尺度距离。将这种效应应用于器件将使能量效率和计算速度迎来新的革命。 在《中国物理学快报》杂志上发表的一项研究中，研究人员说他们制造了一种人工材料，可以利用分子束外延来开发拓扑量子计算机，这是一种允许单分子厚层晶体堆叠并利用QAH效应的新技术。 量子计算机利用亚原子粒子同时处于多个状态的能力，代替传统计算机中的二进制或零，使它们能够更有效地解决问题。拓扑量子计算机将超越这一步。它们不是物理粒子，而是使用一种称为“任意粒子”的特定类型粒子来编码信息。发现“任意粒子”在存储和处理信息方面具有高度的抗错误性。 “我们可以实现QAH多层膜，或者多层晶格的堆叠，它们经历了QAH效应，有几个磁性掺杂的薄膜被绝缘的硒化镉层隔开。由于我们通过分子束外延来实现，所以很容易控制每个层的性质以将样品驱动到不同的状态。”清华大学教授Ke He说。硒化镉是由一个镉原子和一个硒原子组成的分子，用作半导体，其导电性能可以通过添加杂质来改变。 产生多层薄晶体的能力允许在导电层之间夹持绝缘膜，防止电子在片材之间的不必要的相互作用，类似于我们避免电子线路中的导线交叉。这些类型的结构研究起来非常有趣，因为它们迫使一些电子进入所谓的“边缘状态”，直到现在它都很难被制造。这种“边缘状态”是一小段电子流过而没有任何阻力的路径。通过将许多层堆叠在彼此之上，并将更大比例的电子推进到该状态来放大效应。 “通过调谐QAH层和硒化镉绝缘层的厚度，我们可以将系统驱动成磁性的Weyl半金属，这是迄今为止在自然存在的材料中从未令人信服地证明过的物质状态。” Weyl半金属在2015年7月首次被观测到，它是一种奇异的物质状态并被分类为固态晶体。它使用无质量的Weyl费米子而不是电子来传导电。Weyl费米子和电子之间的显著质量差异使得电能更有效地流过电路，从而允许更快的通过器件。 “目前，我最感兴趣的是构造可独立控制的QAH双层膜。如果我们能得到一对反向传播的边缘状态，同时在样品的边缘上放置超导接触，两个边缘状态可能由于超导接触而结合在一起，从而导致可用于构建拓扑量子计算机的Majorana模式。” Majorana模式被认为可用于量子纠错码，这是拓扑量子计算机特有的性质，也是信息理论里用于减少数据传输中自然出现的错误并抵消干扰效应的一个重要部分。这个过程还可以提供处理量子信息的能力，并在将来更有效地存储它。 文章来自phys网站，原文题目为A new artificial quantum material for future high-efficiency computers，由材料科技在线汇总整理。 |
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