隨著谷歌，微軟和IBM等公司都在競相創造世界上第一臺實用的量子計算機，全世界的科學家也正在探索可用於構建量子計算機的潛在材料。
現在，新加坡國立大學工程學院電子與計算機工程系的Yang Hyunsoo副教授和他的團隊展示了一種可用於使量子計算更接近於實現的新方法。
楊副教授解釋：“新加坡國立大學團隊與來自羅格斯大學、美國新澤西州立大學和澳大利亞皇家墨爾本理工大學的合作者一起研究，他們展示了觀察和研究拓撲絕緣體和重金屬中電子的量子效應的實用方法，開發先進量子計算組件和設備的方式。”
該研究的結果發表在科學期刊《Nature Communications 》中（文章名字："Direct visualization of current-induced spin accumulation in topological insulators"）。
自旋相關光電壓產生和實驗裝置的原理圖。圖a是沿x方向施加偏置電流Jc的器件結構示意圖。 激光聚焦在具有垂直入射的裝置上；圖b具有電氣連接表示的設備的光學圖像，比例尺為50μm。掃描區域用黃色框表示，通過鎖定放大器獲得感應的光電壓。
量子計算機的優勢
量子計算機仍處於研發的早期階段，但量子計算機已經顯示出比傳統技術快數百倍的計算速度。因此，預計當量子計算變得更容易製造時，它將能夠解決從金融到物理方面世界上一切最棘手的問題。這種卓越的處理能力是通過量子計算機的先進運行方式實現的，即量子計算機是用光而不是電作為處理信號。
經典計算機通過將信息編碼為1和0的二進制狀態的設備推動電子。相比之下，量子計算機使用激光與材料中的電子相互作用來測量電子“旋轉”現象。這些旋轉電子狀態取代了用作傳統計算機基礎的0和1，並且因為它們可以同時存在於許多自旋狀態，這可以執行更復雜的計算。
然而，利用基於光和電子相互作用的信息說起來容易做起來難。這些相互作用非常複雜，就像量子世界中的任何東西一樣，在試圖預測行為時存在一定程度的不確定性。因此，在最近的研究中科學家尋求觀察這些量子效應的可靠且實用的方法，以便於幫助研發更先進的量子計算裝置。
可視化量子自旋效應
新加坡國立大學科學家的真正突破是能夠首次使用掃描光電壓顯微鏡“看到”拓撲絕緣體和金屬中的特定自旋現象。
拓撲絕緣體是在其內部絕緣但在其表面上支持導電狀態的電子材料，因此使電子能夠沿著材料的表面流動。
楊副教授和他的團隊研究和觀察了鉑金屬以及拓撲絕緣體Bi2Se3和BiSbTeSe2。施加的電流能夠影響這些所有材料的量子能級的電子自旋效應，科學家們能夠使用顯微鏡的偏振光直接觀察到這種變化。
此外，與其他觀察技術不同，該創新的實驗裝置意味著可以在室溫下觀察並收集實驗結果，使其成為適用於許多其他材料的可視化觀察方法。
Liu Yang（是該系的博士生，也是該研究的第一作者）說：“我們的方法可以用作檢測各種材料系統中自旋效應的強大而通用的工具。這意味著現在可以通過這種方式直接觀察到這些現象（量子自旋），將更加容易地研發量子計算機等設備”
下一步
展望未來，楊副教授和他的團隊正計劃在具有新穎旋轉特性的新穎材料上測試他們的新方法。該團隊希望與行業合作伙伴合作，進一步探索這種獨特技術的各種應用，其中重點是開發未來量子計算機中使用的設備。
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