2D材料,只有3个原子厚,具有在量子计算中使用的潜力GydF4y2Ba

UB研究人员使用双室薄膜沉积系统GydF4y2Ba

UB研究人员使用双室薄膜沉积系统,可用于合成薄膜材料。在新的研究中,该机器用于培养硫化铕膜和钨三氧化钨,是2D钨二硫化物的前体。信誉:Douglas Levere / Buffalo大学GydF4y2Ba

物理学家在钨二硫化物中操纵能量谷,具有量子计算中的潜在应用。GydF4y2Ba

对二维钨二硫化钨(WS2)的新研究可以打开门进入GydF4y2Ba量子计算GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

在2019年9月13日发布的论文中,在GydF4y2Ba自然通信GydF4y2Ba科学家们报告说,它们可以以可用于编码量子数据的方式操纵该超薄材料的电子特性。GydF4y2Ba

这项研究涉及WS2的能量谷GydF4y2Ba大学在布法罗GydF4y2Ba物理学家Hao Zeng,本文的共同主导作者,描述为“结晶固体中电子结构的局部能量极值”。GydF4y2Ba

Valleys对应于电子可以具有材料的特定能量,并且可以使用一个谷在一个谷内的电子的存在来编码信息。一个谷中的电子可以代表二进制代码中的1,而另一个谷在另一个中的电子可以表示0。GydF4y2Ba

控制电子可以找到的能力可以在量子计算中产生前进,从而能够创建Qubits,量子信息的基本单元。Qubits具有能够存在的神秘品质不仅存在于1或0的状态,而且在与两种状态相关的“叠加”中。GydF4y2Ba

本文GydF4y2Ba自然通信GydF4y2Ba标志着这些未来技术的一步,展示了一种在WS2中操纵山谷状态的新方法。GydF4y2Ba

Athos Petrou,Hao Zeng,Tenzin Norden,Chuan Zhao和Peiyao ZhangGydF4y2Ba

大学在布法罗物理学家Athos Petrou(右边)和郝曾(第二次来自右边)是新研究探索“谷”物理的2D钨二硫化物的合作领导者。也是如图所示,从左到右,是UB物理研究生Tenzin Norden,Chuan Zhao和Peiyao Zhang,所有共同作者的新研究。信誉:Douglas Levere / Buffalo大学GydF4y2Ba

曾曾,博士,博士,艺术和科学学院的物理学教授,带领该项目与Athos Petrou,博士,UB卓越的物理教授,Renat Sabirianov,博士,在内布拉斯加州大学奥马哈。额外的共同作者包括UB物理研究生Tenzin Norden,Chuan Zhao和Peiyao Zhang。该研究由国家科学基金会资助。GydF4y2Ba

转移钨二硫化物的能量山谷GydF4y2Ba

二维钨二硫化物是三个原子厚的材料层。在这种配置中,WS2有两个能量谷,都具有相同的能量。GydF4y2Ba

过去的研究表明,施加磁场可以将山谷的能量沿相反的方向移动,降低一个山谷的能量,使其“更深”,对电子更具吸引力,同时提高另一个山谷的能量使其“姗姗来说,“曾说。GydF4y2Ba

通过添加另一个创新,新的研究建立了这项事先工作。GydF4y2Ba

在蓝宝石底物上生长的钨二硫化物GydF4y2Ba

扫描电子显微镜图像显示在蓝宝石衬底(光面积)上生长的钨二硫化物。中灰色区域显示单层钨二硫化物,黑暗区域显示多层钨二硫化物。在蓝宝石上生长钨二硫化物后,研究人员将其转移到硫化物上。信誉:川钊/大学在水牛城GydF4y2Ba

“我们表明,如果我们在钨二硫化物下放置薄层硫化物,则可以扩大两个山谷的能量的变化。”Zeng说。“然后,当我们应用1个特斯拉的磁场时,我们能够在山谷的能量中实现巨大的偏移 - 相当于如果硫化铕的磁场施加大约一百个特斯拉的磁场,则相当于我们所希望的磁场。不存在。”GydF4y2Ba

“效果的尺寸非常大 - 它就像使用磁场放大器一样,”Petrou说。“这很奇怪,我们必须检查几次以确保我们没有犯错误。”GydF4y2Ba

最终结果?在山谷中操纵和检测电子的能力大大增强,可以促进对量子计算Qubits控制的质量。GydF4y2Ba

山谷国家作为量子计算的QubitsGydF4y2BaGGydF4y2Ba

与其他形式的量子计算一样,基于谷的量子计算将依赖于子原子粒子的古怪质量 - 在这种情况下,电子 - 以执行强大的计算。GydF4y2Ba

电子的行为方式可能看起来很奇怪——例如,它们可以同时出现在多个地方。因此,1和0并不是将谷中电子作为量子位元的系统中唯一可能的状态。一个量子位元也可以处于这些状态的任何叠加状态,使得量子计算机可以同时探索多种可能性,曾晶说。GydF4y2Ba

“这就是为什么Quantum Computing对于某些特殊任务如此强大,”Zeng说。“由于量子计算的概率和随机性质,特别适用于人工智能,密码,金融建模和量子机械模拟等应用,用于设计更好的材料。然而,如果可扩展的通用量子计算成为现实,我们需要克服很多障碍,我们可能很多年都离开了。“GydF4y2Ba

新的研究在曾和Petrou的上班前建立,其中它们使用硫化物和磁场使用铕和磁场,以改变另外2D材料中的两个山谷的能量:钨蛋白酶(WSE2)。GydF4y2Ba

虽然WS2和WSE2是相似的,但它们与“谷分裂”锻炼不同。在WS2中,获得“更深的”的山谷类似于WSE2中的山谷,成为“浅薄”,反之亦然,反之亦然,创造了探索这种区别如何在技术应用中提供灵活性的机会。GydF4y2Ba

既有材料份额都可以使用量子计算的一个特征:在WS2和WSE2中,填充两个能量谷的电子具有相反的旋转,一种角动力的形式。虽然这个特征是没有必要的创建量子票,但它“提供了某些保护量子状态,使它们更加强大,”曾说。GydF4y2Ba

参考:“巨型谷分裂在单层WSGydF4y2Ba2GydF4y2Ba通过磁性接近效应“由Tenzin Norden,Chuan Zhao,Peiyao Zhang,Renat Sabirianov,Athos Petrou和Hao Zeng,2019年9月13日,GydF4y2Ba自然通信GydF4y2Ba。GydF4y2Ba
DOI:10.1038 / s41467-019-11966-4GydF4y2Ba

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