首页 > 科普 > 前沿科技

科学家发现三维量子液晶 超高速量子计算机有戏

时间:2023-08-13来源:网络作者:小白

  核心提示:来源:中国科学网  19世纪以前,人们从未想过某些物质还可以具有“液晶”状态。直到一位来自奥地利的植物学家,莱尼茨尔在做胆甾醇苯酸酶加热实验时,发现晶体物质融化过程中,在不同温度下,颜色变得截然不同。...

  来源:中国科学网

  19世纪以前,人们从未想过某些物质还可以具有“液晶”状态。直到一位来自奥地利的植物学家,莱尼茨尔在做胆甾醇苯酸酶加热实验时,发现晶体物质融化过程中,在不同温度下,颜色变得截然不同。随后物理学家勒曼发现,晶体融化液体与晶体类似,具有双折射性质,于是将其命名为“液晶”。20世纪至今,液晶技术不断提升,比如二维量子液晶已成为高温超导体的前身。如今,科学家们新发现三维量子液晶,它将用于制造拓扑超导体。

科学家发现三维量子液晶 超高速量子计算机有戏

  一种兼具晶体和液体部分性质的中间态

  据外媒“科学警报”网站4月22日报道,加州理工学院量子信息与物质研究所的物理学家们首次发现了一种三维量子液晶。作为一种新的物质状态,它预计将在超高速量子计算中得到应用,并且研究人员认为,目前的发现还只是“冰山一角”。

  物质的“液晶”状态并不是一个新鲜概念,正如前所述,它在19世纪就已被发现。当某些物质在熔融状态,或被溶剂溶解之后,会失去固态物质的刚性,却获得了液体流动性,同时保留部分晶体状态下,物质分子的各向异性有序排列,成为一种兼具晶体和液体部分性质的中间态,即“液晶”状态。

  标准的液晶分子既能自由流动,又能像固体一样保持定向。在电场作用下,液晶分子的排列会出现变化,从而影响到其光学性质,该现象也被称为电光效应。这种效应满足了工业制造领域的某些需求,比如,人工制造液晶,用于制作电视机、电脑、智能手机以及手表等电子设备的显示屏。当然,也并非只有工业领域才使用液晶,自然界的生物细胞膜中也有液晶分子的存在。

  1999年,同样是加州理工学院,物理和应用物理学的两位教授,吉姆·爱森斯坦和弗兰克·罗歇克发现了二维量子液晶。它们的分子表现和普通液晶分子一样,但物质内的电子虽能自由移动,却更倾向于沿一定方向排列,即存在优先流动方向。爱森斯坦的量子液晶之所以有这样的表现是因为,晶体分子受限于宿主材料,人工生长的砷化镓金属存在单个平面的结构。随后,科学家们在其他材料中也发现了二维量子液晶,并用其制作高温超导体,能够在温度为负150摄氏度的情况下就实现无电阻,比传统超导体运行的温度更高。

  与二维量子液晶相比,三维版本的液晶分子的性质也许更加奇特

  现在,美国科学家谢地,谢地实验室的博士后研究员约翰·哈特,以及美国田纳西大学橡树岭国家实验室的研究者们合作,共同发现了首个三维量子液晶。最新研究成果论文已发表于4月下旬的《科学》杂志上。

  该研究的第一作者约翰·哈特介绍,二维量子液晶的分子行为方式十分奇特,虽然晶格中X轴与Y轴的指向和传统液晶分子并无不同,但整个平面上的电子会整体决定更倾向于其中的某个方向。

  与二维量子液晶相比,三维版本液晶分子的性质也许更加奇特。在三维量子液晶中,不仅X、Y、Z轴方向的电子分布不同,在特定方向轴上,向前或向后的流动磁性也有所不同。简单来说,就是三维量子液晶的电子具有完全不同的磁性,即能够沿一个给定轴方向流动。这意味着提供了使材料变为磁铁的方式,或者能够改变磁铁的磁性强度和方向。

  科学家谢地表示,仅仅使材料通电,改变材料所处电场,就能将其从非磁体转变为磁体,十分不可思议。此外,液晶内部能通过的电流方向之间,磁场强度和方向皆不同,等于打破了晶格的对称性。起初研究者们对所发现的状况不能理解,随后了解到麻省理工学院科学家曾提出“三维量子液晶”概念,很好解释了研究结果,这才确定找到的正是三维量子液晶。

  生产量子计算机本身就是一个挑战

  研究者约翰·哈特表示,自己也是偶然间发现“三维量子液晶”。原本,他试图利用光学二次谐波旋转各向异性技术描绘晶体结构,从而研究基于铼元素的金属化合物的原子结构。在实验中,研究者向材料发射激光,反射的激光频率会变为两倍,并且其模式包含了晶体对称性的信息。而针对铼基金属化合物的测量所得模式十分奇怪,无法为已知的化合物原子结构所解释。这才使得研究者们重新审视研究结果,确认“三维量子液晶”的存在。

  如同液晶被发现后,广泛应用于LED屏幕制作一样,三维量子液晶的发现有望推进超高速量子计算机的建设进程。液晶分子的量子性质将使得代码解密等计算过程实现超级高速。

  生产量子计算机本身就是一个挑战,因为量子效应十分微妙而短暂,脆弱到一旦与周围环境的相互作用被改变,效应实现的过程就会被摧毁。加州理工学院理论物理学和数学领域的教授们提出拓扑量子计算技术。实现该技术又需要借助一种被称为拓扑超导体的特殊材料,而三维量子液晶的存在恰好能够用于构造该材料。

  这意味着以后,人们不再依赖于偶然运气去发现拓扑超导体,而是能用三维量子液晶合理构造出它。而如何构造,正是研究者们的下一步工作。科学家谢地表示,三维量子液晶可以作为拓扑超导体的前驱物,方式就如同二维量子液晶被当作高温超导体的先兆一样。研究小组预计,三维量子液晶的分子特性将帮助科学家们开拓并促进超高效计算机芯片研究的发展。

属羊人:这辈子最硬的底气!不是名,不是利,而是这4大至宝

这份关于属羊人在现代职场和社会中的表现分析,体现了传统生肖性格与当代研究的深度结合。 整体来看,属羊人凭借“温润包容”、“坚韧不拔”和“赤诚善良”的核心特质,正逐步在不同领域发挥出更大的价值。 首先,从最新的职场数据可以看到,属羊人在团队协作岗位中的占比高达34%,明显高于生肖平均水平的25%,这表明他们更容易在集体合作中展现温和、包容的性格优势。 现代企业日益追求“柔性领导”,强调共情与协调,属羊的特质正切合这种管理需求。 其实,这也说明传统文化中对温润包容的形象,在新经济形势下正成为核心竞争力,属羊人在冲突调解、团队融洽中表现尤为出色。 神经科学方面的研究更从生理层面验证了属羊人的坚韧不拔——面对压力时,他们大脑前额叶皮层的活跃度比常人高出17%。 这意味着属羊的人在高压环境中拥有更强的理性支撑和抗压能力。 这种“逆境中成长”的特质,是许多创业者和职场高手共同的特征,也正是他们在经济波动、危机管理中表现出色的原因之一。 社会关系的追踪数据显示,属羊人的长期友谊保持率达68%,比平均水平高出22个百分点。 这不仅反映了他们天生的善良与真诚,更意味着他们在建立深度关系时更用心、更懂得维护。 这种社会资本的积累,对于个人职业发展和心理健康都起到积极作用,特别是在当今快节奏、信息碎片化的社会中,稳定而深厚的人际关系越发难能可贵。 结合这些数据,可以验证属羊人在企业中的表现:在冲突调解中的成功率比平均高出40%、创业企业的存活时间比平均长2.3年,而在公益以及日常生活中,属羊用户的捐款频次也明显高于平均水平31%。 这些数字印证了属羊人的“温润如玉、善于包容”、以及“坚韧不拔、善于持之以恒”的人格特质在实际中的体现。 从实际应用角度来看,属羊人的这些特质在远程办公、新经济周期、心理健康等新兴领域尤为受用。 在虚拟团队管理中,他们的包容能力帮助构建信任和合作;在经济波动中,他们的稳扎稳打成为抵抗不确定性的“护城河”;在心理健康方面,属羊者更善于通过正念练习实现情绪调节,提升抗压能力。 未来,属羊人应根据自身优势精准布局:在需要深厚积累和持续耕耘的职业(如心理咨询、教育)中发光发热,同时善用数字化工具维护人脉关系,避免“情感稀疏”;此外,通过系统性思维训练,拓宽宏观视野,减少“过度依赖具体细节”的陷阱。 值得注意的是,在文化层面,生肖文化的复兴和年轻一代的认同感提升,为传统属羊形象注入了新的活力。 从影视作品到品牌营销,都逐渐将属羊的“温润力量”进行创新表达。 比如,一些国际品牌利用“温润力量”作为核心主题,精准觅得属羊消费群体,实现文化与市场的双向赋能。 总结来看,属羊人凭借其“温润包容、坚韧不拔、善良真诚”的核心特质,不仅在传统文化中稳占一席之地,更在当代社会中展现出其独特的优势。 这些特质正成为企业合作、团队管理、个人成长,乃至文化认同的关键基础。 未来,善用这些优势,结合时代的变化,属羊人可以在更宽广的舞台上,实现个人价值的升华和社会贡献的提升。 这不仅是生肖文化与现实需求的连接,更是传统智慧在现代社会的生动演绎。

涉嫌严重违纪违法,赵队家被查

据山西省纪委监委今天( 11月10日)消息,山西交通控股集团有限公司原副总经理赵队家涉嫌严重违纪违法,目前正接受山西省纪委监委纪律审查和监察调查。 赵队家 资料照片 公开信息显示,赵队家,男,1959年10月出生,2005年4月任山西省交通科学研究院院长,至2018年5月卸任,担任该职13年。 2017年12月开始,他同时担任山西交通控股集团有限公司党委委员、副总经理、总工程师。 赵队家长期从事科技攻关、成果推广和解决重大公路工程关键性技术难题工作。承担科研、设计和技术咨询项目近三百项,曾获国家科技进步三等奖,省、部级科技进步一等奖等,国务院政府特殊津贴专家、山西省人民政府决策咨询委员会专家。 公开信息显示,山西交控集团是山西省属国有企业,山西省唯一的集科技研发、勘察设计、施工监理、经营管理和资本运作于一体的交通全产业链集团,经营管理收费公路5900公里,占全省高速公路总里程95%。 你有什么想说的 欢迎留言区分享返回搜狐,查看更多 责任编辑:
标签:
>推荐阅读 >特别推荐 >火热推荐