助燃量子计算，外尔半金属“扭转”乾坤

李强教授，1986年毕业于中国科学技术大学，1991年获得衣阿华州立大学物理学博士学位。此后一直供职于布鲁克海文国家实验室(BNL)，并在2011年12月获得终身职位。现为该实验室凝聚态物理与材料科学部研究组长。

近期，李强教授与美国能源部(DOE)阿姆斯国家实验室(Ames Laboratory)的王教授(Prof. Jigang Wang)共同撰写了一篇论文，发表在《自然·材料》杂志上[2]。
 

图｜论文（来源：Nature Materials）

论文中描述了新的光诱导开关，这种开关可以扭转外尔半金属(Weyl semimetal)的晶格，开启一个看起来几乎无耗散的巨大电子流。该特性的发现和控制，使得这些材料离量子计算等应用又近了一步。

Weyl和Dirac半金属具有奇特的、几乎无耗散的电子传导特性，这些特性利用晶格中的独特状态，和材料中的电子结构来保护电子。

这些异常电子输送通道受到对称性和拓扑结构的保护，通常不会出现在传统的金属当中。而经过漫长的几十年，这种电子特性的讨论范围都局限在物理背景之下，导致人们对其制造、探索、提炼和控制以用于设备应用的兴趣日益增长。

例如，量子计算的大规模应用需要构建一种能够保护脆弱量子态的器件，而实现此目标的方法之一，就是通过发展拓扑量子计算。其中，量子比特基于不受噪声影响的“对称保护(symmetry-protected)”的无耗散电流。

李教授表示，目前为止缺少的是一种低能量、高速度的开关，来诱导和控制这些材料的对称性。团队发现的光对称开关，为携带无耗散电流提供了一个绝佳的机会，而这种无耗散电流是一种受拓扑保护的状态，在遇到材料中出现的缺陷和杂质时，不会减弱或放慢。

王教授表示，光诱导的晶格扭转，或者说声子开关，可以控制晶体的反演对称性，并以非常小的电阻产生巨大的电流。这种新的控制原理不需要静电场或磁场，其速度更快、能耗更低。

此次试验中，研究小组利用激光脉冲扭转晶体的晶格排列，从而改变了材料电子结构的对称性。

这种光开关使材料中的外尔点(Weyl points)成为可能，使电子表现为无质量粒子，从而携带受保护的、低耗散电流，而这正是人们长期所寻求的。

 

参考链接：

[1]https://news.stonybrook.edu/facultystaff/sbus-qiang-li-collaborated-on-discovery-that-can-advance-quantum-computing/

[2]https://www.nature.com/articles/s41563-020-00882-4

 

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标签：材料,耗散,晶格,外尔半,电子,开关,助燃,乾坤,量子
来源： https://blog.csdn.net/Qtumist/article/details/112909832