“让物质与你交谈”，量子比特为磁学带来新变化

准晶体节点处量子位的上下取向产生多种磁性配置。可以通过施加不同的磁场来创建不同的纹理。D-Wave量子退火计算机展示了材料原型制作的潜力，在专门设计的几何形状中对实际自旋进行了实验。图片来源：美国洛斯阿拉莫斯国家实验室

科技日报记者 张佳欣

通过使用量子计算机作为量子实验物理平台，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家发现一种新方法，可使用量子比特来设计和表征定制的磁性物体。这为开发新材料和强大的量子计算开辟了一条新途径。研究成果17日发表于《科学进展》杂志。

研究人员表示，在D-Wave量子退火计算机的帮助下，他们展示了一种新的磁态模式化方法，证明了磁性准晶格可承载超越经典信息技术“0”和“1”的状态。准晶是一些基本形状重复组成的结构，遵循与普通晶体不同的规则。

在这项研究中，D-Wave量子退火计算机被用作对准晶进行实际物理实验的平台，而不是对它们进行建模。研究人员称，这种方法“让物质与你交谈”，“因为我们不是运行计算机代码，而是直接进入量子平台，随意设置所有的物理相互作用。”

研究选择了D-Wave计算机上的201个量子比特，并将它们相互耦合，以重现彭罗斯准晶的形状。自从罗杰·彭罗斯在20世纪70年代构思了以他的名字命名的非周期性平铺结构以来，还没有人为其每个节点加一个自旋来观察它们在磁场作用下的行为。

研究人员将量子比特连接在一起，这样它们就可复制出一个准晶，即所谓的P3型彭罗斯镶嵌。研究人员观察到，在该结构上施加特定的外部磁场，使一些量子比特以相同的概率同时呈现上下取向，导致P3准晶采用了丰富多样的磁性形状。

操纵量子比特之间的相互作用强度以及量子比特与外场的相互作用会导致准晶形成不同的磁性排列，这为在单个物体中编码不止一比特的信息提供了前景。