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據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)站報道，美國科學(xué)家成功制造出了超純的砷化鎵，并讓其呈現(xiàn)出某種特殊的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，電子不再遵守單粒子的物理學(xué)法則而被它們之間的相互作用（由量子力學(xué)法則來解釋）所掌控，這種超純材料和狀態(tài)都有望用于高速量子計算機的研究中。 量子計算機使用電子的量子力學(xué)行為來存儲和處理信息，與傳統(tǒng)計算機相比，其功能更強大、效率更高。這需要讓電子處于一種相互關(guān)聯(lián)的狀態(tài)中，一個電子上的變化立刻會由其他電子反應(yīng)出來。如果科學(xué)家能控制這些過程，就能使用它來制造并行處理以執(zhí)行經(jīng)典計算機無法完成的計算。 美國普渡大學(xué)的物理學(xué)副教授邁克爾-芒弗拉指出，要想捕捉到顯微鏡內(nèi)的電子并迫使它們僅僅相互作用，要求材料必須非常純凈，任何雜質(zhì)都可能導(dǎo)致電子散射并破壞這個脆弱的關(guān)聯(lián)狀態(tài)。同時，科學(xué)家們也必須將電子冷卻到相當(dāng)?shù)偷臏囟炔⑹┘哟艌鰜碜屍溥_到這種關(guān)聯(lián)狀態(tài)。 芒弗拉領(lǐng)導(dǎo)的團隊設(shè)計和制造出了一個名為高流動性砷化鎵分子束外延（MBE）系統(tǒng)的裝置，這個設(shè)備制造出的超純砷化鎵半導(dǎo)體的精確性能達到原子層級，是一種由鎵原子和砷原子組成的完美對齊的晶格，能捕捉二維平面的電子，讓電子無法上下移動，限制其前后和左右運動的能力。 該研究的參與者、物理學(xué)副教授嘉寶·凱西使用實驗室的特殊設(shè)備將這種材料和電子冷卻到了5毫開爾文（接近絕對零度）。凱西解釋道：“在室溫下，電子就像臺球會相互撞擊，遵守經(jīng)典力學(xué)法則。而隨著溫度不斷降低，電子會平靜下來并意識到臨近電子的出現(xiàn)。接著，電子們可能就會集體行動，而這種集體行為則遵守量子力學(xué)法則。”他說，電子們進行著一種復(fù)雜的“舞蹈”，它們都試圖呈現(xiàn)最好的排列方式，讓其達到最低能級狀態(tài)并最終形成新的模式或基態(tài)。 芒弗拉指出：“這些奇異狀態(tài)超出了固體物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，我們對此也知之甚少。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)材料并不存在這些狀態(tài)，其僅僅出現(xiàn)在超純砷化鎵半導(dǎo)體晶體特定的狀態(tài)下，最新研究為我們理解基礎(chǔ)物理學(xué)提供了新的視野。” 芒弗拉說：“如果我們能利用半導(dǎo)體內(nèi)的這種電子行為，也不失為一種可行的建立量子計算機的方法。當(dāng)然，這項工作還處于初期階段，我們?nèi)杂泻荛L的路要走。不過，最新研究讓我們首次有機會管窺沒有被理解的物理現(xiàn)象和新粒子。” |
