UNIST-延世大学研究团队用光发现可实现零误差量子计算机的量子态
UNIST-延世大学用光学方法探测Kitaev量子液体状态特性
有助于开发量子计算机材料…论文发表于《Nature Communications》
韩国国内研究团队成功利用光发现了基塔耶夫量子自旋液体的踪迹。
基塔耶夫量子自旋液体是一种有望实现无误差大规模量子计算机的特殊量子态，但在实验上在材料中被清晰确认的案例很少，其候选材料的发掘仍在持续进行。此次提出了一种利用光来检测材料中基塔耶夫量子自旋液体特性的实验方法论，有望助力量子计算机材料的发现和性质研究。
UNIST物理学系Son Changhee教授团队与延世大学Kim Jaehun教授团队、UNIST新材料工程系Yoo Jungwoo教授团队联合开展研究，并于3日表示，他们成功在薄膜形式的钴基氧化物中，光学检测到基塔耶夫量子自旋液体状态的特征——自旋涨落。
研究团队。（自左下方起逆时针方向）Professor Son Changhee，研究员 Kang Baekjun（第一作者），研究员 Choi Uksam（第一作者），研究员 Seo Uihyun，研究员 Park Miju，研究员 Kim Gyehyeon。UNIST提供
View original image基塔耶夫量子自旋液体是量子自旋液体状态的一种特殊形式。在量子自旋液体状态下，即使在低温，固体内部的自旋也无法实现有序排布，而是像液体分子那样保持流动且无序的状态，并呈现持续涨落的现象。
联合研究团队在厚度为20纳米（㎚）的薄膜形式合成的钴基氧化物中检测到了这种自旋涨落。以往利用中子束的分析方法，在块体材料中较易检测自旋涨落，但在为实现量子计算机器件化而减小体积的薄膜状态下，信号较弱，观测十分困难。
研究团队通过向薄膜照射光线并分析由此产生的激子粒子，成功检测到上述自旋涨落。测得的自旋涨落在尼尔温度（16K，约?257.15℃）这一特定温度以上仍然存在，这表明该自旋涨落并非单纯由热效应引起，而是源于量子自旋液体状态。
此外，研究团队还通过理论计算等手段确认了强基塔耶夫相互作用。基塔耶夫相互作用主要出现在基塔耶夫量子自旋液体中，而非一般的量子自旋液体。
Son Changhee教授表示：“本研究揭示了在薄膜状态的钴基氧化物中也会出现基塔耶夫量子自旋液体的特性”，“此外，实验中采用的分析方法也将有助于量子计算机材料的开发”。
本研究由UNIST的Kang Baekjun、Choi Uksam、Noh Seunghyun研究员和延世大学的Jung Taekseon研究员共同担任第一作者。
研究成果已于2月3日在线发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。
本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团的支持下完成。
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