哈佛科学家观察到新的物质状态，一种量子自旋液体

哈佛研究人员 Mikhail Lukin（左）和 Giulia Semeghini（右）领导的一个团队首次观察到一种称为

第一次观察到大约 50 年前最初假设的奇异物质状态。这种由哈佛研究人员创造的称为量子自旋液体的材料最终可能有助于改进量子计算机。

为了使材料具有磁性，材料中电子的自旋需要高度有序。正如在冰箱上看到的，最常见的磁性类型之所以起作用，是因为材料中所有电子的自旋都在同一方向上对齐。当相邻电子的自旋以棋盘格模式上下交替时，其他类型的磁性可能会出现——只要有秩序，它仍然有效。

但是在 1973 年，物理学家菲利普·安德森假设了一种称为量子自旋液体的物质状态，它不遵循这些规则。当材料冷却时，它不会形成固体，重要的是，它们的电子不会稳定到高度有序的状态。相反，它们会不断切换，在复杂的量子状态中相互纠缠。

现在，由哈佛大学领导的一组科学家首次创造并观察到了一种量子自旋液体。为此，研究人员使用了他们几年前开发的可编程量子模拟器，该模拟器使用激光将 219 个原子悬浮在网格中。这些原子的特性可以被仔细操纵，包括它们电子的自旋。

在这项研究中，该团队将原子排列在三角形晶格中，这意味着每个原子都有两个直接的邻居。一对电子可以以一种或另一种方式磁稳定，因为它们的自旋可以对齐或交替——但第三个轮会破坏这种平衡，形成一个无法稳定的“受挫磁铁”。

由此产生的量子自旋液体表现出一些有用的量子现象，例如纠缠——原子可以跨越很远的距离相互影响甚至“传送”信息——以及量子叠加，其中原子可以同时以多种状态存在。这两者对于构建应对外部干扰更具弹性的量子计算机都很有用。

该研究的主要作者 Giulia Semeghini 说：“我们展示了如何创建这种拓扑量子位的第一步，但我们仍然需要演示如何对其进行实际编码和操作。” “现在还有很多东西需要探索。”

该研究发表在《科学》杂志上。