“讓物質與你交談” 量子比特為磁學帶來新變化

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準晶體節點處量子位的上下取向產生多種磁性配置。可以通過施加不同的磁場來創建不同的紋理。D-Wave量子退火計算機展示了材料原型制作的潛力，在專門設計的幾何形狀中對實際自旋進行了實驗。圖片來源：美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室

通過使用量子計算機作為量子實驗物理平臺，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室科學家發現一種新方法，可使用量子比特來設計和表征定制的磁性物體。這為開發新材料和強大的量子計算開辟了一條新途徑。研究成果17日發表于《科學進展》雜志。

研究人員表示，在D-Wave量子退火計算機的幫助下，他們展示了一種新的磁態模式化方法，證明了磁性準晶格可承載超越經典信息技術“0”和“1”的狀態。準晶是一些基本形狀重復組成的結構，遵循與普通晶體不同的規則。

在這項研究中，D-Wave量子退火計算機被用作對準晶進行實際物理實驗的平臺，而不是對它們進行建模。研究人員稱，這種方法“讓物質與你交談”，“因為我們不是運行計算機代碼，而是直接進入量子平臺，隨意設置所有的物理相互作用。”

研究選擇了D-Wave計算機上的201個量子比特，并將它們相互耦合，以重現彭羅斯準晶的形狀。自從羅杰·彭羅斯在20世紀70年代構思了以他的名字命名的非周期性平鋪結構以來，還沒有人為其每個節點加一個自旋來觀察它們在磁場作用下的行為。

研究人員將量子比特連接在一起，這樣它們就可復制出一個準晶，即所謂的P3型彭羅斯鑲嵌。研究人員觀察到，在該結構上施加特定的外部磁場，使一些量子比特以相同的概率同時呈現上下取向，導致P3準晶采用了豐富多樣的磁性形狀。

操縱量子比特之間的相互作用強度以及量子比特與外場的相互作用會導致準晶形成不同的磁性排列，這為在單個物體中編碼不止一比特的信息提供了前景。