研究人员记录了量子自旋液体的存在

1973 年，物理学家 Philip W. Anderson 提出了一种新物质状态的理论，该状态一直是该领域的一个主要焦点，尤其是在量子计算机的竞赛中。

这种奇异的物质状态被称为量子自旋液体，与名称相反，与水等日常液体无关。相反，这完全是关于永不冻结的磁铁以及它们中的电子旋转方式。在普通磁铁中，当温度下降到一定温度以下时，电子就会稳定下来，形成具有磁性的固体物质。在量子自旋液体中，电子在冷却时不稳定，不会形成固体，并且在有史以来最纠缠的量子态之一中不断变化和波动(就像液体一样)。

量子自旋液体的不同特性具有广阔的应用前景，可用于推进高温超导体和量子计算机等量子技术。但是关于这种物质状态的问题一直是它的存在。没有人见过它——至少，近 50 年来一直如此。

今天，由哈佛领导的一组物理学家表示，他们终于通过实验记录了这种备受追捧的奇异物质状态。这项工作在《科学》杂志的一项新研究中得到了描述，标志着朝着能够按需产生这种难以捉摸的状态并对其神秘性质获得新的理解迈出了一大步。

“这是该领域一个非常特殊的时刻，”哈佛量子计划(HQI)联合主任、该研究的资深作者之一、乔治·瓦斯默·莱弗里特物理学教授米哈伊尔·卢金说。“你真的可以在这种奇异的状态下触摸、戳和戳，并操纵它来了解它的特性。……这是一种人们从未观察到的新物质状态。”

从这项科学研究中学到的东西有朝一日可以为设计更好的量子材料和技术提供进步。更具体地说，量子自旋液体的奇异特性可能是创造更强大的量子位(称为拓扑量子位)的关键，这些量子位有望抵抗噪声和外部干扰。

“这是量子计算的一个梦想，”哈佛-马克斯普朗克量子光学中心的博士后研究员、该研究的主要作者Giulia Semeghini说。“学习如何创建和使用这种拓扑量子位将代表朝着实现可靠的量子计算机迈出的重要一步。”

研究团队开始使用实验室最初于 2017 年开发的可编程量子模拟器来观察这种类似液体的物质状态。模拟器是一种特殊的量子计算机，允许研究人员创建可编程的形状，如正方形、蜂窝或三角形晶格来设计超冷原子之间的不同相互作用和纠缠。它用于研究许多复杂的量子过程。

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