量子比特为磁学带来新的变化促进量子计算机的应用

​使用量子计算机作为量子实验物理平台的研究发现了一种使用量子位或量子位来设计和表征定制磁性物体的方法。这开辟了一种开发新材料和强大量子计算的新方法。

“在量子退火炉的帮助下，我们展示了一种对磁态进行图案化的新方法，”洛斯阿拉莫斯国家实验室理论部的虚拟实验员亚历杭德罗·洛佩兹-贝扎尼利亚说。Lopez-Bezanilla 是一篇关于Science Advances研究论文的通讯作者。

“我们证明了磁性准晶格可以承载超越经典信息技术的零和一位状态的状态，”Lopez-Bezanilla 说。“通过将磁场应用于一组有限的自旋，我们可以改变准晶体物体的磁性景观。”

“准晶体是一种结构，由一些基本形状按照不同于常规晶体的规则重复组成，”他说。

对于与同样在洛斯阿拉莫斯的理论物理学家克里斯蒂亚诺·尼索利 (Cristiano Nisoli) 的这项工作，一台 D-Wave 量子退火计算机充当了对准晶体进行实际物理实验的平台，而不是对它们进行建模。Lopez-Bezanilla 说，这种方法“让物质与你对话”，“因为我们不是运行计算机代码，而是直接进入量子平台并随意设置所有物理交互。”

量子比特的兴衰

Lopez-Bezanilla 在 D-Wave 计算机上选择了 201 个量子位，并将它们相互耦合以重现彭罗斯准晶体的形状。

自从罗杰·彭罗斯在 1970 年代构思出以他命名的非周期性结构以来，就没有人对它们的每个节点进行旋转以观察它们在磁场作用下的行为。

“我将这些量子比特连接在一起，这样它们就重现了他的一个准晶体的几何形状，即所谓的 P3，”Lopez-Bezanilla 说。“令我惊讶的是，我观察到在结构上施加特定的外部磁场会使一些量子位以相同的概率同时显示出向上和向下的方向，这导致 P3 准晶体采用多种多样的磁性形状。”

操纵量子位与量子位与外部场之间的相互作用强度会导致准晶体进入不同的磁性排列，从而提供了在单个物体中编码多位信息的前景。

其中一些配置没有表现出量子位方向的精确排序。

“这对我们有利，”Lopez-Bezanilla 说，“因为它们可能承载信息科学感兴趣的量子准粒子。” 自旋准粒子能够携带不受外部噪声影响的信息。

准粒子是描述一组基本元素的集体行为的便捷方式。质量和电荷等性质可以归因于几个自旋，就像它们是一个一样。