随着谷歌，微软和IBM等公司都在竞相创造世界上第一台实用的量子计算机，全世界的科学家也正在探索可用于构建量子计算机的潜在材料。
现在，新加坡国立大学工程学院电子与计算机工程系的Yang Hyunsoo副教授和他的团队展示了一种可用于使量子计算更接近于实现的新方法。
杨副教授解释：“新加坡国立大学团队与来自罗格斯大学、美国新泽西州立大学和澳大利亚皇家墨尔本理工大学的合作者一起研究，他们展示了观察和研究拓扑绝缘体和重金属中电子的量子效应的实用方法，开发先进量子计算组件和设备的方式。”
该研究的结果发表在科学期刊《Nature Communications 》中（文章名字："Direct visualization of current-induced spin accumulation in topological insulators"）。
自旋相关光电压产生和实验装置的原理图。图a是沿x方向施加偏置电流Jc的器件结构示意图。 激光聚焦在具有垂直入射的装置上；图b具有电气连接表示的设备的光学图像，比例尺为50μm。扫描区域用黄色框表示，通过锁定放大器获得感应的光电压。
量子计算机的优势
量子计算机仍处于研发的早期阶段，但量子计算机已经显示出比传统技术快数百倍的计算速度。因此，预计当量子计算变得更容易制造时，它将能够解决从金融到物理方面世界上一切最棘手的问题。这种卓越的处理能力是通过量子计算机的先进运行方式实现的，即量子计算机是用光而不是电作为处理信号。
经典计算机通过将信息编码为1和0的二进制状态的设备推动电子。相比之下，量子计算机使用激光与材料中的电子相互作用来测量电子“旋转”现象。这些旋转电子状态取代了用作传统计算机基础的0和1，并且因为它们可以同时存在于许多自旋状态，这可以执行更复杂的计算。
然而，利用基于光和电子相互作用的信息说起来容易做起来难。这些相互作用非常复杂，就像量子世界中的任何东西一样，在试图预测行为时存在一定程度的不确定性。因此，在最近的研究中科学家寻求观察这些量子效应的可靠且实用的方法，以便于帮助研发更先进的量子计算装置。
可视化量子自旋效应
新加坡国立大学科学家的真正突破是能够首次使用扫描光电压显微镜“看到”拓扑绝缘体和金属中的特定自旋现象。
拓扑绝缘体是在其内部绝缘但在其表面上支持导电状态的电子材料，因此使电子能够沿着材料的表面流动。
杨副教授和他的团队研究和观察了铂金属以及拓扑绝缘体Bi2Se3和BiSbTeSe2。施加的电流能够影响这些所有材料的量子能级的电子自旋效应，科学家们能够使用显微镜的偏振光直接观察到这种变化。
此外，与其他观察技术不同，该创新的实验装置意味着可以在室温下观察并收集实验结果，使其成为适用于许多其他材料的可视化观察方法。
Liu Yang（是该系的博士生，也是该研究的第一作者）说：“我们的方法可以用作检测各种材料系统中自旋效应的强大而通用的工具。这意味着现在可以通过这种方式直接观察到这些现象（量子自旋），将更加容易地研发量子计算机等设备”
下一步
展望未来，杨副教授和他的团队正计划在具有新颖旋转特性的新颖材料上测试他们的新方法。该团队希望与行业合作伙伴合作，进一步探索这种独特技术的各种应用，其中重点是开发未来量子计算机中使用的设备。
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