莱斯大学物理学家最近的一项发现引入了一种新的量子材料，该材料有望开发类似于闪存的存储系统，但也有望用于量子计算所必需的量子位。
传统的相变材料已成为非易失性存储器的基础，例如可重写 DVD。在这些系统中，激光改变材料的结构，使其能够在晶态和非晶态(代表二进制数据的不同形式)之间切换。受这项技术的启发，由物理学家 Ming Yi 领导的莱斯团队在量子材料中探索了类似的概念。
他们的研究发表在《自然通讯》上，详细介绍了铁、锗和碲的合金如何通过加热在两个电子相之间切换。这种方法操纵材料中的电子路径，将它们稳定到拓扑保护状态，这是可靠量子计算的关键特征。这种状态减少了退相干，这是量子位失去其量子特性的主要障碍。
“这个发现是偶然的，”易解释道。该团队最初因其磁性特性而被该材料所吸引，但在测试过程中观察到了意想不到的相变化。两年多来，通过与多个机构的合作，我们发现这些阶段显然受到材料加热后冷却速度的影响。
然而，与典型的相变存储技术不同，这种铁-锗-碲合金不需要熔化和重新凝固来改变状态。相反，晶格内的空位(原子留下的空白空间)会以不同的冷却持续时间重新排列成新的图案。调整这些空位模式可以有效地切换材料的相，而无需极端温度。
Yi 强调了这种方法的新颖性：“调整空位顺序来控制材料特性为检查量子材料提供了一种新的视角，超越了元素比例固定的传统化学计量方法。” 这项研究表明，空位操纵可能会类似地影响其他材料，从而有可能扩大量子材料的应用范围。
研究合著者、莱斯理论物理学家斯奇苗强调了这一发现的实际意义。“看到晶体结构的微小调整如何导致材料行为的显着变化是令人着迷的。这种按需‘调整’材料特性的能力为我们的理论理解增加了令人兴奋的维度，并为材料设计开辟了新的途径。”
这一发现的影响是巨大的。量子计算机依赖量子位进行远远超出经典位能力的运算。然而，它们的实际应用受到量子位不稳定性和易出错性的限制。实现即使在系统关闭时也能保留量子位信息的稳定、可逆存储器可以极大地提高量子计算的可行性和效率。
量子材料科学的这一进步不仅为更稳定的量子计算铺平了道路，而且还引发了进一步探索改变空位顺序如何影响其他材料。随着量子技术的不断发展，此类发现凸显了数据存储和处理方面实现重大技术飞跃的潜力。
