科學家已經找到了一種使用特殊材料硫化鉻溴化物來控制量子信息的新方法。
它可以以多種形式存儲和處理數據，但其磁性屬性是真正的遊戲規則改變者。通過調整其磁化化，研究人員可以將激子（攜帶信息的Quantum顆粒）限制，從而適應持久的量子狀態和處理數據的新方法。
量子“奇蹟材料”可實現磁開關
雷格斯堡大學和密歇根大學的研究人員說，新近確定的量子“奇蹟材料”可能會導致磁開關。
這一發現可能會導致進步量子計算感應和其他技術。先前的研究發現有時可以將稱為激子的量子顆粒僅限於材料中的一條線，即硫化鉻溴化物。新研究提供了將這種限制與材料的磁性特性聯繫起來的理論和實驗證據。
對於量子研究，硫化鉻溴的尤其令人興奮，因為它可以通過電荷，光（光子），磁性（電子旋轉）和振動（聲子）編碼信息。
“長期視覺是，您可能有可能構建使用這三個甚至所有這些屬性的量子機或設備：光子傳輸信息，電子通過其交互作用來處理信息，磁性以存儲信息以及聲音將信息調節並傳遞到新頻率，” Mackillo Kira，電氣和計算機設備的Mackillo Kira說。
利用激子用於量子編碼
硫化物溴化物可以編碼量子信息的方式之一是激子。當電子從半導體中移出其“地面”能量狀態時，會形成激子，從而將電子狀態轉移到更高的能量狀態，從而留下“孔”。電子和孔是配對的，該集體狀態是激子。
激子被硫化鉻溴的異常磁性捕獲在單層中。該材料由僅幾個厚的層組成，例如分子葉狀糕點。在低溫下，132開Kelvin（-222華氏），將層磁化 - 電子的旋轉相互對齊。磁場的方向從一層切換到另一層。這是一種抗鐵磁結構。
高於132開爾文的材料未磁化 - 熱量可防止電子旋轉保持對齊，因此它們朝隨機指向。在未磁性狀態下，激子並沒有被困，而是延伸到多個原子層，使其三維。他們也可以朝任何方向移動。
量子限制和信息壽命
當抗鐵磁結構將激子限制在單個原子層中時，激子進一步僅限於單個線（單個維度），因為它們只能輕鬆地沿平面的兩個軸之一移動。在量子設備中，這種限制有助於量子信息持續更長的時間，因為激子彼此相撞並丟失了他們攜帶的信息的可能性較小。
“磁性順序是用於塑造激子及其相互作用的新調整旋鈕。這可能是未來電子和信息技術的遊戲規則改變者。
激子的精細結構：令人驚訝的發現
由休伯（Huber）領導的實驗團隊在硫化鉻溴化物樣品中產生了激子，並用僅20個四分之一四分之一長的紅外光線擊中硫化物溴化物。然後，他們使用了另一种红外激光器，具有較低的能量脈衝來將激子推向稍高的能量狀態。通過這種方式，他們發現具有令人驚訝的能量不同的激子有兩種變體 - 通常，他們將具有相同的能量。能量狀態的這種分裂稱為精細結構。
該團隊還通過沿材料中的兩個不同軸射擊那些不太有能量的脈衝來探測激子的內部結構，從而探索了材料在空間中的變化。這種方法揭示了高度依賴於方向的激子，可以將其局限於一條線，也可以在三個維度上擴展。這些配置可以根據磁狀態進行調整，可通過外部磁場或溫度變化進行切換。
量子信息處理的新途徑
“由於電子，光子和自旋的自由度牢固地交織在一起，因此在磁化和非磁性狀態之間切換可以用作轉換的一種非常快速的方法光子電氣和計算機工程研究人員Matthias Florian兼博士Marlene Liebich的聯合首先作者Matthias Florian說。雷根斯堡大學物理學候選人。
由基拉（Kira）領導的理論團隊通過量子多體計算解釋了這些結果。該計算使用材料的結構系統地預測磁性有序的材料中極大的細胞結構分裂，以及當材料進出磁性順序時，兩個激子狀態之間的過渡。他們還確認，從一維造成的激子的過渡是造成激子在不相撞的情況下可以進行多長時間的實質變化的原因，因為較大和更多的移動激子有更多的碰撞機會。
未來的研究：轉換為旋轉
團隊計劃追求的一個大問題之一是，這些激動的激動子是否可以轉換為電子旋轉中體現的磁激發。如果可以做到，它將提供有用的途徑，以在截然不同的光子，激子和旋轉世界之間轉換量子信息。
參考：“控制庫侖相關性和磁性激素的庫侖相關性和精細結構”，M。Liebich，M。Frolian，N。Nilforoushan，N。Nilforoushan，F。Mooshammer，Ad Koulouklidis，L.Wittmann，K.Wittmann，K。Mosina，K。Mosina，Z。Sofer，Z。Sofer，F。Dirnberger，M.Kira和M. Kira和R. Huber，192222222222 Fruare，2002年，2002年Fruare，19 Fruake，Fruare，Fruare，19 F. Bruake，Fruation，Fruation，Furua自然材料。
二：10.1038/s41563-025-02120-1
這項研究得到了德國研究基金會，國家科學基金會，空軍科學研究辦公室和U-M的高級研究計算資源的支持。
化學與技術布拉格大學的研究人員捷克共和國，德國理工大學在德國，也為這項研究做出了貢獻。
