這種量子晶體違背了物理的正常定律
過去幾年，隨著 IBM 和谷歌等公司在研發方面投入大量資源，量子計算領域取得了長足的進步。儘管取得了進步，但由於缺乏可用於驅動量子計算機的候選材料，量子計算僅限於富裕的組織。但是賓夕法尼亞大學和印度科學教育與研究所的研究人員已經確定了一種材料，可以很好地用於量子計算機。博士研究員 Harshvardhan Jog和賓夕法尼亞大學材料科學教授 Ritesh Agarwal 在半金屬 Ta2NiSe5（也稱為 TNSe）中發現了所需的特性。
理想的材料必須表現出兩個關鍵特性——量子糾纏，當一個粒子與另一個粒子無法區分時的量子狀態，以及相干性，一種允許它保持糾纏的材料的特性。量子計算機的連貫性很難維持，這就是為什麼儘管經過了數十年的研究，量子計算仍然難以成為主流。學術界正在探索具有理想特性的複雜材料，TNSe就是其中之一。這是 TNSe 在宏觀形式中的樣子：
二維半導體
該研究在賓夕法尼亞大學傑出教授 Eugene Mele 的指導下與印度科學教育與研究所（浦那）的研究科學家 Luminita Harnagea 合作進行。Harnagea 還為實驗提供了高質量的 Ta2NiSe5，同時也有助於研究該實驗的理論方面。
為什麼量子相干很重要
根據2D Semiconductors，Ta2NiSe5 是一種半金屬，在 330 開爾文（57°C 或 134°F）溫度下會發生激子絕緣體躍遷。在激子絕緣體狀態下，量子材料以類似於適用於超導體的 Bardeen-Cooper-Schrieffer 機制的機制經歷快速凝聚——儘管恰恰相反，導致絕緣而不是傳導。材料的這種凝聚限制了激子的運動（自由電子和半導體或半金屬中的空穴的組合），導致量子粒子之間的相干性。
相干性依賴於每個粒子都具有波狀行為的原理，如果波被分成兩部分，那麼這些波可能會以它們疊加形成單一狀態的方式相干地相互干擾，正如Phys.org上所解釋的那樣. 這種共存是構成量子計算的基礎。相干性在量子計算中至關重要，因為與經典的計算機位不同，它要麼存在於開啟狀態 (1) 或關閉狀態 (0)，而是一個量子位或量子位可以同時以多個狀態共存（想想薛定諤的貓）。這使得量子計算機能夠非常快速地處理大量資料。
量子計算機研究的新機遇
Jog 和 Agarwal 使用了一種稱為圓形光電效應的探測技術，其中光訊號用於攜帶電場。儘管表現出反演對稱性的材料，例如 Ta2NiSe5，對圓形光電效應沒有反應，但研究人員驚訝地發現該材料產生了訊號。根據物理堆疊交換，反演對稱是晶體材料沿一點對稱的屬性。為了設想這一點，可以在 3D 圖中對放置在原點的無限小鏡子進行成像，並且在對角線相對的八分圓中可以看到點的反射。
研究人員得出結論，之所以會出現這種行為，是因為 Ta2NiSe5 在低溫下會破壞對稱性。這些結論與之前發表在物理學雜誌《物理評論快報》上的研究一致，其中一組研究人員已經確定 Ta2NiSe5 經歷了“從斜方晶相到單斜晶相的晶格畸變”，即晶格斜向側面形成原子的傾斜網格。Jog 和 Agarwal 在他們的實驗室中觀察到相同的剪下。
Jog 和 Agarwal 的這項研究為學術界研究可能表現出量子糾纏和宏觀相干特性的類似複雜晶體材料提供了一種新工具，這兩者對於量子計算都是必不可少的。Agarwal 說，隨著對這些複雜凝聚態和“物質糾纏態”的理解，像 Ta2NiSe5 這樣的材料“可以成為進行大規模量子模擬的天然平臺”。
