新加坡科学家：液态电子可能支持量子计算

这可能令人振奋一天，量子计算又取得新的进展

新加坡南洋理工大学的科学家们在量子计算方面取得突破

量子计算领域可能刚刚以准费米子的形式获得了相干性和防错能力的提升:在物质的特殊状态下，群聚的电子表现得像液体一样。新加坡南洋理工大学的科学家们展示了实验结果，他们预计当电子保持接近绝对零度(-273摄氏度)的温度时，会产生参数介子。这项研究取得了突破，因为它证明了电子在某些条件下可以发生强烈的相互作用——这是科学家们迄今为止仅仅建立的理论。

电子的有序运动产生了我们所知的电。然而，即使电子以这种“有序”的模式运动，它们实际上也不是。因为它们带负电荷，电子彼此排斥，倾向于单独和随意地向不同的方向移动(像气体一样)，而不是作为一个有凝聚力的整体。他们类似于有障碍的司机:他们可能在到达目的地的路上遇到一些“颠簸”。但当电子表现得像液体时，这就类似于把受损的司机换成有序的司机;司机知道并尊重彼此的边界、速度和方向，以减少冲突，更好地到达目的地。

当然，这样的驱动因素是很多理论思考的主题，但强电子相互作用至少现在已经被实验证明是存在的。

当电子在所谓的“螺旋Tomonaga-Luttinger液体”中活动时，它们与系统之间的粒子相互作用和能量交换就更少了。这反过来又减少了系统和环境干扰的数量，而系统和环境干扰往往是量子系统中产生错误和坍缩量子态的原因。之前被冷却到接近绝对零度的电子也是一个基本元素，因为它允许某些材料达到超导体的状态，在这种状态下，电子在其表面穿行时没有任何电阻，进一步减少了可能的环境干扰元素。系统被冷却到绝对零度(在实验中，降到4.5开尔文或-269摄氏度)迫使粒子减速，以至于它们几乎无法移动。

南洋理工大学高级研究人员们在大学使用扫描隧道显微镜(图片来源:新加坡南洋理工大学)

电子(及其自旋特性)被用作量子可编程粒子已有一段时间了。因此，电子控制的改进会导致更少的干扰，这意味着更少的误差和更好的相干性，这意味着可以存储或处理信息的实际量子位的寿命更长。事实上，某些量子系统(如IBM的量子1和量子2)已经利用了超导量子位。

在这种情况下，科学家们使用了原子厚的石墨烯衬底，在那里沉积了原子厚的二碲化钨晶体:一种被称为“量子自旋霍尔绝缘体”的几乎二维材料，它在内部隔绝了重力，但在外部具有电子特征。将石墨烯/二碲化钨基板组装在一起，并将其冷却到绝对零度后，研究团队将其置于扫描隧道显微镜下，显微镜距离其表面只有一纳米:比DNA链还小，比迄今制造的任何晶体管都要小(即使是在研究最新最好的显卡所用的晶体管时也是如此)。

当放在扫描隧道显微镜下并冷却到绝对零度时，研究人员注意到石墨烯/钨基板中的电子增加了它们的斥力。它们的斥力如此之强，以至于由于每个电子的斥力场之间的相互作用，电子被迫集体移动。研究人员在0.21到0.33的范围内注册了卢丁格参数。该参数表示粒子间相互作用的强度;当它达到1时，相互作用处于最弱的状态。

当卢丁格参数小于0.5时，相互作用很强，电子被迫集体运动。这是parafermions被预测存在的领域。这是一个非常显著的变化范围，因为卢丁格参数只能在0到1之间变化，控制在相当低的值卢丁格参数