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準(zhǔn)晶體節(jié)點(diǎn)處量子位的上下取向產(chǎn)生多種磁性配置。可以通過施加不同的磁場來創(chuàng)建不同的紋理。D-Wave量子退火計(jì)算機(jī)展示了材料原型制作的潛力，在專門設(shè)計(jì)的幾何形狀中對(duì)實(shí)際自旋進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。圖片來源：美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室

通過使用量子計(jì)算機(jī)作為量子實(shí)驗(yàn)物理平臺(tái)，美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種新方法，可使用量子比特來設(shè)計(jì)和表征定制的磁性物體。這為開發(fā)新材料和強(qiáng)大的量子計(jì)算開辟了一條新途徑。研究成果17日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

研究人員表示，在D-Wave量子退火計(jì)算機(jī)的幫助下，他們展示了一種新的磁態(tài)模式化方法，證明了磁性準(zhǔn)晶格可承載超越經(jīng)典信息技術(shù)“0”和“1”的狀態(tài)。準(zhǔn)晶是一些基本形狀重復(fù)組成的結(jié)構(gòu)，遵循與普通晶體不同的規(guī)則。

在這項(xiàng)研究中，D-Wave量子退火計(jì)算機(jī)被用作對(duì)準(zhǔn)晶進(jìn)行實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，而不是對(duì)它們進(jìn)行建模。研究人員稱，這種方法“讓物質(zhì)與你交談”，“因?yàn)槲覀儾皇沁\(yùn)行計(jì)算機(jī)代碼，而是直接進(jìn)入量子平臺(tái)，隨意設(shè)置所有的物理相互作用。”

研究選擇了D-Wave計(jì)算機(jī)上的201個(gè)量子比特，并將它們相互耦合，以重現(xiàn)彭羅斯準(zhǔn)晶的形狀。自從羅杰·彭羅斯在20世紀(jì)70年代構(gòu)思了以他的名字命名的非周期性平鋪結(jié)構(gòu)以來，還沒有人為其每個(gè)節(jié)點(diǎn)加一個(gè)自旋來觀察它們?cè)诖艌鲎饔孟碌男袨椤?/p>

研究人員將量子比特連接在一起，這樣它們就可復(fù)制出一個(gè)準(zhǔn)晶，即所謂的P3型彭羅斯鑲嵌。研究人員觀察到，在該結(jié)構(gòu)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(shí)呈現(xiàn)上下取向，導(dǎo)致P3準(zhǔn)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(qiáng)度以及量子比特與外場的相互作用會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)晶形成不同的磁性排列，這為在單個(gè)物體中編碼不止一比特的信息提供了前景。