Открыт путь к флэш-памяти для хранения кубитов

Новости сегодня - Открыт путь к флэш-памяти для хранения кубитов

Физики из Университета Райса обнаружили квантовый материал с изменяющейся фазой — и метод поиска других подобных ему — который потенциально может быть использован для создания флэш-памяти, способной хранить квантовые биты информации или кубиты, даже когда квантовый компьютер включен.

Фазоизменяющие материалы использовались в коммерчески доступной энергонезависимой цифровой памяти. Например, в перезаписываемых DVD-дисках лазер используется для нагрева мельчайших кусочков материала, которые охлаждаются с образованием кристаллов или аморфных комков. Две фазы материала, имеющие очень разные оптические свойства, используются для хранения единиц и нулей цифровых битов информации.

В исследовании с открытым доступом , опубликованном недавно в журнале Nature Communications, физик из риса Минг Йи и более трех десятков соавторов из дюжины учреждений аналогичным образом показали, что они могут использовать тепло для переключения кристалла железа, германия и теллура между двумя электронными фазами. В каждом из них ограниченное движение электронов создает топологически защищенные квантовые состояния. В конечном счете, хранение кубитов в топологически защищенных состояниях потенциально может уменьшить ошибки, связанные с декогерентностью, которые мешают квантовым вычислениям.

«Это стало полной неожиданностью», — сказал Йи об открытии. «Изначально нас интересовал этот материал из-за его магнитных свойств. Но потом мы проводили измерения и видели эту одну фазу, а затем при другом измерении мы видели другую. Номинально это был тот же материал, но результаты были очень другой.»

Чтобы расшифровать происходящее в экспериментах, потребовалось более двух лет и совместная работа с десятками коллег. Исследователи обнаружили, что некоторые образцы кристаллов охлаждались быстрее, чем другие, когда их нагревали перед экспериментами.

В отличие от материалов, используемых в большинстве технологий памяти с фазовым изменением, Йи и его коллеги обнаружили, что сплав железо-германий-теллур не нужно плавить и перекристаллизовать для изменения фазы. Скорее, они обнаружили, что пустые атомные позиции в решетке кристалла, известные как вакансии, расположены в разном порядке в зависимости от того, как быстро охлаждается кристалл. Они показали, что для переключения с одной узорчатой ​​фазы на другую можно просто повторно нагреть кристалл и охладить его в течение более длительного или более короткого периода времени.

«Если вы хотите изменить порядок вакансий в материале, это обычно происходит при гораздо более низких температурах, чем вам нужно было бы все расплавить», — сказал Йи.

Она сказала, что лишь немногие исследования изучали, как топологические свойства квантовых материалов изменяются в ответ на изменения в порядке вакансий.

«Это ключевой вывод», — сказала она о сменном порядке вакансий. «Идея использования порядка вакансий для управления топологией — важная вещь. Она просто еще не исследована. Люди обычно смотрят на материалы только с полностью стехиометрической точки зрения, то есть все занято фиксированным набором симметрий, которые приводят к один из видов электронной топологии. Изменения в порядке вакансий меняют симметрию решетки. Эта работа показывает, как это может изменить электронную топологию. И кажется вероятным, что порядок вакансий может быть использован для того, чтобы вызвать топологические изменения и в других материалах».

Физик-теоретик риса Цимяо Си, соавтор исследования, сказал: «Я нахожу удивительным, что мои коллеги-экспериментаторы могут на лету организовать изменение кристаллической симметрии. а также мы стремимся разрабатывать и контролировать новые формы топологии посредством взаимодействия сильных корреляций и симметрии пространственных групп».

Новости партнеров: