加州大学欧文分校科学家在量子材料研究方面取得突破

加州尔湾，2024 年 1 月 31 日 — 加州大学欧文分校和洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员在最新一期的 《自然通讯》上发表了一篇文章，描述了一种新方法的发现，该方法将玻璃等日常材料转化为科学家可以用来制造量子计算机的材料。

“我们制造的材料是由于其特定的原子形状或结构而表现出独特的电学或量子特性的物质，”UCI物理学与天文学教授，新论文的主要作者Luis A. Jauregui说。“想象一下，如果我们能将通常被认为是绝缘材料的玻璃转化为类似于铜的高效导体。这就是我们所做的。

传统计算机使用硅作为导体，但硅有局限性。量子计算机可以帮助绕过这些限制，而新研究中描述的方法将帮助量子计算机成为日常现实。

“这个实验是基于我们在UCI拥有的独特能力，用于生长高质量的量子材料。我们如何才能将这些不良导体的材料转化为良导体？“Jauregui说，他也是UCI的Eddleman量子研究所的成员。“这就是我们在这篇论文中所做的。我们一直在将新技术应用于这些材料，并将它们转变为良好的导体。

Jauregui解释说，关键是在原子尺度上对材料施加正确的应变。为此，该团队在UCI物理科学学院的机械车间设计了一种称为“弯曲站”的特殊装置，使他们能够施加较大的应变，将一种名为五碲化铪的材料的原子结构从“微不足道”的材料转变为适合量子计算机的材料。

“为了制造这样的材料，我们需要在原子结构中’戳洞’，”Jauregui说。“压力使我们能够做到这一点。”

“你也可以通过控制应变来打开或关闭原子结构变化，如果你想在未来为量子计算机中的材料创建一个开关，这很有用，”Jinyu Liu说，他是该论文的第一作者，也是与Jauregui合作的博士后学者。

“我很高兴理论模拟为实验观察提供了深刻的见解，从而加速了控制新材料量子态的方法的发现，”合著者、物理学教授、UCI复杂和活性材料中心副主任Ruqian Wu说 – 美国国家科学基金会材料研究科学与工程中心（MRSEC）。“这突显了涉及前沿研究不同专业知识的合作努力的成功。”

“我很高兴我们的团队能够证明这些难以捉摸且备受追捧的材料状态是可以制造的，”洛斯阿拉莫斯国家实验室综合纳米技术中心的研究合著者和科学家Michael Pettes说。“这对量子器件的发展是有希望的，我们展示的方法也适用于其他量子材料的实验。

目前，量子计算机只存在于少数几个地方，例如IBM，Google和Rigetti等公司的办公室。“谷歌、IBM和许多其他公司都在寻找可以在日常生活中使用的有效量子计算机，”Jauregui说。“我们希望这项新研究有助于使量子计算机的承诺更加现实。

资金来自 UCI-MRSEC——一项 NSF CAREER 赠款，用于 Jauregui 和洛斯阿拉莫斯国家实验室指导研究与开发指导研究计划资金。

UCI的研究生和本科生，包括Robert Welser，Sebastian Yepez Rodriguez，Matthew Delmont和Triet Ho，参与了这项研究。

关于UCI的“辉煌未来”活动： 2019 年 10 月 4 日公开发起的“辉煌未来”活动旨在提高人们对 UCI 的认识和支持。通过吸引 75,000 名校友并获得 20 亿美元的慈善投资，UCI 寻求在学生成功、健康和保健、研究等方面达到新的卓越高度。物理科学学院在活动的成功中起着至关重要的作用。如需了解更多信息，请访问 https://brilliantfuture.uci.edu/uci-school-of-physical-sciences。

关于加州大学欧文分校：UCI成立于1965年，是著名的美国大学协会的成员，并被《美国新闻与世界报道》评为全美十大公立大学之一。该校园培养了五位诺贝尔奖获得者，并以其学术成就、一流的研究、创新和食蚁兽吉祥物而闻名。在校长霍华德·吉尔曼（Howard Gillman）的领导下，UCI拥有超过36,000名学生，并提供224个学位课程。它位于世界上最安全、最具经济活力的社区之一，是奥兰治县的第二大雇主，每年为当地经济贡献 70 亿美元，在全州范围内贡献 80 亿美元。有关UCI的更多信息，请访问 www.uci.edu。

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