科学探索|半导体层中的一种特殊物质状态可推动量子计算的发展半导体层中的一种特殊物质状

在一项有助于量子计算的研究中，研究人员表明嵌入纳米点的超晶格可能不会向环境中耗散能量。世界各地的科学家们正在为量子计算机开发新的硬件，这种新型设备可以加速药物设计、金融建模和天气预测。这些计算机依赖于量子比特（qubits），即可以同时代表 1 和 0 的某种组合的物质比特。
【科学探索|半导体层中的一种特殊物质状态可推动量子计算的发展】

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问题是，量子比特是变化无常的，当与周围物质相互作用时，会退化成普通比特。但麻省理工学院的新研究提出了一种保护其状态的方法，使用一种叫做多体定位（MBL）的现象。
MBL 是几十年前提出的物质的一个特殊阶段，它与固体或液体不同。通常情况下，物质会与它的环境达到热平衡。这就是为什么汤会冷却，冰块会融化。但在 MBL 中，由许多强相互作用的物体组成，如原子，永远不会达到这种平衡。
热，像声音一样，由集体的原子振动组成，可以以波的形式传播；一个物体内部总是有这样的热波。但是当它的原子排列方式有足够的无序和足够的相互作用时，这些波就会被困住，从而使物体无法达到平衡。
MBL已经在"光学晶格"中得到了证明，即在非常低的温度下用激光固定的原子排列。但这种设置是不切实际的。MBL也可以说是在固体系统中展示的，但只是在非常缓慢的时间动态中，在这种情况下，相的存在很难被证明，因为如果研究人员能够等待足够长的时间，就可能达到平衡。麻省理工学院的研究在一个由半导体构成的“solid-state”系统中发现了 MLB 的迹象，该系统在被观察的时间内就会达到平衡状态。
虽然没有参与到本项工作中，但是科罗拉多大学博尔德分校的物理学家 Rahul Nandkishore 说：“这可能为量子动力学的研究开启一个新的篇章” 。
麻省理工学院Norman C Rasmussen核科学与工程助理教授Mingda Li领导了这项新研究，发表在最近一期的《纳米通讯》上。研究人员建立了一个包含交替半导体层的系统，创造了一个微观的千层饼--砷化铝，然后是砷化镓，以此类推，共有600层，每层厚度为 3 纳米（百万分之一毫米）厚。
在这些层之间，他们分散了"纳米点"，即 2 纳米的砷化铒颗粒，以创造 disorder 。千层饼或"超晶格"有三种配方：一种没有纳米点，一种是纳米点覆盖每层面积的8%，还有一种是纳米点覆盖25% 。
为了测量这些无序系统是否仍然保持平衡，研究人员用X射线对其进行了测量。利用阿贡国家实验室的高级光子源，他们以超过2万电子伏特的能量射出辐射束，并以小于千分之一电子伏特的能量分辨率来解决传入的X射线和其从样品表面反射后的能量差异。为了避免穿透超晶格并击中底层基质，他们以与平行线仅半度的角度进行拍摄。