Ученые из Университета Райса продемонстрировали, что непреложные топологические состояния, которые высоко ценятся в квантовых вычислениях, могут быть запутаны с другими, управляемыми квантовыми состояниями в некоторых материалах. «Мы обнаружили, что в определенной кристаллической решетке, где электроны “застревают”, сильно связанное поведение электронов в d-атомных орбиталях действует как f-орбитальные системы некоторых тяжелых фермионов», – заявил Кимиао Си, соавтор исследования, опубликованного в Science Advances .
Данное открытие соединяет различные области квантовой физики, которые ранее сосредотачивались на разных свойствах квантовых материалов. В топологических материалах, например, паттерны квантовой запутанности образуют «защищенные», неизменные состояния, полезные для квантовых вычислений.
Исследователь Си и его коллега Хаою Ху создали и протестировали квантовую модель для изучения связи электронов в “фрустрированной” решетке, подобной тем, которые можно найти в металлах и полуметаллах.
Си и Ху показали, что электроны из d-атомных орбиталей могут стать частью больших молекулярных орбиталей. Также было обнаружено, что электроны в молекулярных орбиталях могут запутываться с другими “фрустрированными” электронами.
«В мире d-электронов у нас есть многополосное шоссе. В мире f-электронов электроны двигаются на двух уровнях: один похож на d-электронное шоссе, а другой – на грунтовую дорогу, где движение медленное», – объясняет Си. Он также отмечает, что хотя f-электронные системы предоставляют чистые примеры сильно коррелированной физики, они не практичны для ежедневного использования.
Результаты исследования показали, что на практике можно использовать все преимущества, связанные с f-электронами, но при более высоких температурах – возможно, даже при комнатной температуре.
Источник: SecurityLab