研究人员展示了如何直接观察量子自旋效应

随着谷歌，微软和IBM等公司都在竞相创造世界上第一台实用的量子计算机，全世界的科学家正在探索可用于构建它们的潜在材料。
现在，来自新加坡国立大学(NUS)工程学院电气与计算机工程系的Yang Hyunsoo副教授及其团队展示了一种新方法，可用于使量子计算更接近现实。

“新加坡国立大学的团队，以及来自罗格斯大学，美国新泽西州立大学和澳大利亚皇家墨尔本理工大学的合作者，展示了观察和研究拓扑绝缘体和重金属中电子的量子效应的实用方法。为先进的量子计算组件和设备的发展铺平了道路，“杨副教授解释道。
该研究的结果发表在2018年6月的自然通讯科学期刊上。
量子计算机的优势
量子计算机仍处于开发的早期阶段，但已经显示出比传统技术快数百倍的计算速度。因此，预计当量子计算变得更容易获得时，它将能够回答从金融到物理的一切世界上最棘手的问题。这种卓越的处理能力是通过量子计算机运行的激进方式实现的 - 使用光而不是电。
经典计算机通过将信息编码为1和0的二进制状态的设备推动电子。相比之下，量子计算机使用激光与材料中的电子相互作用来测量电子“旋转”的现象。这些旋转电子状态取代了用作传统计算机基础的1和0，并且因为它们可以同时存在于许多自旋状态，所以这允许执行更复杂的计算。
然而，利用基于光和电子相互作用的信息说起来容易做起来难。这些相互作用非常复杂，就像量子世界中的任何东西一样，在尝试预测行为时存在一定程度的不确定性。因此，在最近的研究中寻求观察这些量子效应的可靠且实用的方法以帮助发现更先进的量子计算装置。
可视化量子自旋效应
新加坡国立大学科学家的真正突破是能够首次使用扫描光电压显微镜“看到”拓扑绝缘体和金属中的特定自旋现象。
拓扑绝缘体是在其内部绝缘但在其表面上支持导电状态的电子材料，因此使电子能够沿着材料的表面流动。
杨副教授和他的团队检查了铂金属以及拓扑绝缘体Bi2Se3和BiSbTeSe2。施加的电流影响所有这些材料的量子水平的电子自旋，科学家们能够使用显微镜的偏振光直接观察到这种变化。
此外，与其他观察技术不同，创新的实验装置意味着可以在室温下收集结果，使其成为适用于许多其他材料的实用可视化方法。
该部门的博士生和研究的第一作者刘洋先生说：“我们的方法可以作为一种强大而通用的工具来检测各种材料系统中的自旋累积。这意味着开发更好的设备由于可以通过这种方式直接观察到这些现象，量子计算机将变得更加容易。“