由于新发现的磁开关量子“奇迹材料”能在单一维度中存储信息

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由于新发现的磁开关量子“奇迹材料”能在单一维度中存储信息
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科学家们已经用溴化硫化铬开发了一种在一个单一维度中存储量子信息的方法,从而降低退相干。
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科学家们已经发现如何用一种量子材料开发成磁的力量来存储量子信息——由于它的来支持磁开关的能力(当磁偏振切换方向时)。他们说由于远更持久的量子态它能导致更可行的量子计算和传感。
溴化硫化铬是一种不寻常的由于它的只有几层原子的结构已经被比作菲罗糕点(薄的折叠层糕点)材料。科学家们考虑它对量子装置极端的承诺,因为它的许多属性能被用于任何类型的信息存储。通过用一种电荷它能被用来存储信息,就像光子(作为光)通过磁(通过电子自旋)和甚至经由声子像来自声音的振动一样。其中溴化硫化铬可以被用来存储信息的许多方式之一是通过激子——当一个电子和它的空穴变得结合在一起时形成准粒子。当一个光子从它的基能量状态移动时它有效的留下一个它从前在的地方的空穴。虽然它们是分开的,但光子和空穴仍然一起配对并变得被称为激子。
先前的研究已经强调了这些激子有时多能在材料中以直线形成。但这些激子也展示不同寻常的磁属性。
在温度低于132开尔文(-222华氏度或-141摄氏度)时,这种材料的层被磁化并且电子被对齐,而材料的磁场方向在材料中为每一层开关。
当溴化硫化铬被加热到超过132 K时,随电子能在随机方向中移动这种材料失去它的磁化。在这种非磁化状态中,激子不再被陷落并延伸到材料的多层之上。
然而,当溴化硫化铬仅是一个原子厚时激子被约束到一个单一维度。当用在量子装置中时这种限制可以允许激子中的量子信息比否则它会是的存储远更长时间,因为激子不太可能与彼此碰撞并失去它们携带过退相干的信息(由于干扰量子信息的损失)。
一维中的量子信息
在2月19日发表在《自然材料》杂志上的一项新研究中,科学家报告了他们通过发射持续仅一秒的十万亿分之一(20 x 10^-15)20次爆发的红外光脉冲已经在溴化硫化铬中产生了激子。然后,在发现当它们应该另外已经有过相同的能量状态时它们已经创造了两种不同变化的激子之前他们用一个第二个红外激光器将激子轻推成一个更高的能量状态。
当能量较低的脉冲被来自不同轴的激光射了时,研究人员发现了依靠方向的激子可以被约束到一条单一的线或被扩展成三维空间。从一维的变化到三维激子解释激子与彼此不用碰撞持续多久。
该研究的合著者、德国雷根斯堡大学实验和应用物理学教授鲁珀特·胡贝尔说,“磁序是一种新的形成激子和它们的相互作用调谐旋钮。这可能对未来电子和信息技术是一个游戏规则改变者”。
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该研究小组下一步要追求的一个关键领域是来调查是否这些激子可以在材料的电子自旋中被转化为磁激发态。如果他们能够取得这一点,它就可以为转换不同的亚原子粒子(光子、激子和电子)之间的量子信息提供一个有用的方法。
在磁化态和非磁化态之间的切换可以为快速转换基于光子和基于自旋的量子信息提供一种快速的方法。溴化硫化铬的希望是利用所有它的属性用于未来的装置。
密歇根大学电气和计算机工程教授麦基洛·克拉在一份声明中说,“长期的愿景是你可以潜在的建立量子机器或装置,使用这三个甚至所有这四个属性:光子来传输信息,电子通过它们的相互作用来处理信息,磁性来存储信息,声子来调制和转换信息到新的频率”。