石墨烯开启量子运算研究领域新方向

石墨烯开启量子运算研究领域新方向

       根据美国麻省理工学院(MIT)发布的最新研究进展显示，由于石墨烯具有选择性自旋的特性，在某些极端情况下可在边缘形成量子电路，从而可望开启量子运算等新应用领域。
       研究人员表示，二维碳材料能以这种新方式加以利用，有助于进一步发现意外的特性与使用案例。根据这份在《自然》(Nature)杂志发表的研究显示，石墨烯在某些极端情况下还会提供一些额外的优点，例如量子运算等新应用。

       这最终有可能实现量子电脑的制造，根据其中一位研究人员表示，不过由于它必须具备极端条件，使其必须要由一款高度专业化的机器来制造，因此将优先用于像国家实验室等级的运算任务中。

       在这项研究中，石墨烯被置于一个极端强大的磁场下，以非常低的温度和电子的自旋方向来决定石墨烯如何过滤这些电子——这是一项传统电子系统无法执行的任务。

       研究人员们发现，如果在石墨烯上施加一个强大的磁场，当电子围绕导电边缘以顺时针或逆时针移动时，石墨烯也随发生变化。在正常情况下，电流只会沿着石墨烯的边缘流动，而主体部分保持绝缘。电流以一个方向移动的现象即量子霍尔效应。

       石墨烯可被用于各种不同的目的。然而，研究人员发现，透过改变磁场，就能开启或关断边缘状态，这意味着原则上可以从物质中制造出电路和电晶体。这是透过传统绝缘体无法完成的。更重要的是，这种自旋选择性避免电子移动的崩解，即使边缘存在脏污，电子沿着边缘传输时也几乎没有瑕疵。

       该论文由Pablo Jarillo-Herrero与Ray Ashoori教授、博士后研究生Andrea Young与Ben Hunt、研究生Javier Sanchez-Yamaguchi以及其他几个人共同发表，并得到美国能源部(DoE) 、Gordon and Betty Moore基金会、美国国家科学基金会(NSF)的资金赞助，以及使用佛罗里达州的美国国家强磁场实验室设施等支持。

       据MIT研究人员表示，尽管过去已经对石墨烯薄片的行为加以预测，但却从来没有真的实际进行。选择性自旋的行为也是至今第一次能够在石墨烯单层上表现出来，同时也象征第一注注意到在两种状态之间的转变。

       根据研究人员表示，这项研究标示着一个迈向拓墣绝缘体研究的新方向，他们并不知道未来的更多研究将通往何处，但强调这些发展为建构新电子设备开启了更多可能性。更重要的是，他们相信，这项工作可能经由各种交互作用使拓墣绝缘与石墨烯实体连结起来。