研究被称为重费米子的金属合金的奇怪行为的物理学家发现了一个令人惊讶的发现，它可以用来保护量子位或存储在量子位中的信息，量子位是量子计算机中编码信息的基本单位。

在《美国国家科学院院刊》的一项研究中，来自奥地利莱斯大学和维也纳大学的研究人员研究了铈、钯和硅的金属间化合物晶体在极寒和极冷条件下的行为。强磁场。令他们惊讶的是，他们发现他们可以通过两种独特的方式改变材料的量子行为，一种是电子竞争占据轨道，另一种是竞争占据自旋态。

该研究的合著者、莱斯量子材料中心(RCQM)主任赖斯(Reiss)说：“这种效应在一个自由度上如此明显，最终解放了另一个自由度。”“你可以从根本上调整系统，把对一个的损害降到最低，把另一个界定清楚。”

Si表示，该结果对于谷歌、IBM和英特尔等竞相开发量子计算机的公司来说非常重要。与今天的数字计算机使用电或光来编码信息不同，量子计算机使用电子等亚原子粒子的量子态来以量子位存储信息。实用的量子计算机可以在许多方面超越数字计算机，但该技术仍处于初级阶段，主要障碍之一是量子比特中量子比特的脆弱性。

“如果你想确保量子位中存储的信息不会被背景干扰改变，那么你需要一个定义良好的量子态，”Si说。

每个电子就像一个旋转的磁铁，它的旋转由上下值之一来描述。在许多量子位设计中，信息被编码在这些旋转中，但这些状态可能非常脆弱，甚至一点点光、热、振动或声音都会导致它们从一种状态跃迁到另一种状态。Si说，最大限度地减少这种“退相干”信息的损失是量子比特设计中的一个主要问题。

在这项新的研究中，Si和TU Wien的长期合作者Silke Paschen研究了一种材料，其中电子的量子状态不仅在其旋转中受到干扰，而且在其轨道中也受到干扰。“我们设计了一个系统，它同时在一些理论模型和一种材料中实现，在这个系统中，旋转和轨道几乎是平等的，并且强耦合在一起，”他说。

根据2012年的研究，Si，Paschen和他们的同事知道，化合物中的电子可以相互作用，这使得材料在极冷的温度下发生剧烈的变化。在这个“量子临界点”的两边，临界轨道上的电子会以完全不同的方式排列，这种转变只会由于它们之间的量子相互作用而发生。

早期的研究引用了著名的理论Si及其合作者在2001年开发的。这些理论规定了这些局域电子的旋转，这些局域电子是合金中原子的一部分，并在量子临界点与自由流动的传导电子强烈耦合。根据这种“局域量子临界”理论，当材料冷却并接近临界点时，局域电子和传导电子的自旋开始竞争占据特定的自旋态。

量子临界点是这种竞争破坏局域电子有序排列的转折点，它们与传导电子完全纠缠在一起。

虽然Si研究量子临界已经有近20年的时间，但他还是对Paschen最新实验的结果感到惊讶。“新数据让我们所有人都感到困惑，”他说。“也就是说，直到我们认识到这个系统不仅包含旋转，还包含轨道作为一个活动自由度。”

有了这样的认识，包括莱斯研究生昂才在内的斯团队建立了包括自转和轨道在内的理论模型。他们对模型的详细分析揭示了一种令人惊讶的量子临界形式，这为实验提供了清晰的理解。

“从理论模型和实验来看，这令我震惊，”他说。“即使这是一个事物旋转、轨道相互强耦合、背景传导电子的汤——我们也可以在一个参数的调整下求解这个系统中的两个量子临界点，即磁场在每个量子临界点，只有自旋或轨道才能驱动量子临界点。另一个或多或少是个旁观者。”