2D材料，只有3个原子厚，具有在量子计算中使用的潜力

UB研究人员使用双室薄膜沉积系统，可用于合成薄膜材料。在新的研究中，该机器用于培养硫化铕膜和钨三氧化钨，是2D钨二硫化物的前体。

二维钨二硫化物（WS2）的新研究可以打开量子计算的门进展。

在2019年9月13日发布的论文中，在自然通信中，科学家们报告说，它们可以以对编码量子数据的方式有用的方式操纵这种超薄材料的电子特性。

该研究涉及WS2的能源谷，大学在Buffalo物理学家Hao Zeng，本文的联合领导作者，描述为“电子结构的局部能量极值在结晶固体中”。

Valleys对应于电子可以具有材料的特定能量，并且可以使用一个谷在一个谷内的电子的存在来编码信息。一个谷中的电子可以代表二进制代码中的1，而另一个谷在另一个中的电子可以表示0。

控制电子可以找到的能力可以在量子计算中产生前进，从而能够创建Qubits，量子信息的基本单元。Qubits具有能够存在的神秘品质不仅存在于1或0的状态，而且在与两种状态相关的“叠加”中。

本文在自然通信中标志着这些未来技术的一步，展示了一种在WS2中操纵谷国家的新方法。

大学在布法罗物理学家Athos Petrou（右边）和郝曾（第二次来自右边）是新研究探索“谷”物理的2D钨二硫化物的合作领导者。也是如图所示，从左到右，是UB物理研究生Tenzin Norden，Chuan Zhao和Peiyao Zhang，所有共同作者的新研究。

曾曾，博士，博士，艺术和科学学院的物理学教授，带领该项目与Athos Petrou，博士，UB卓越的物理教授，Renat Sabirianov，博士，在内布拉斯加州大学奥马哈。额外的共同作者包括UB物理研究生Tenzin Norden，Chuan Zhao和Peiyao Zhang。该研究由美国国家科学基金会资助。

转移钨二硫化物的能量山谷

二维钨二硫化物是三个原子厚的材料层。在这种配置中，WS2有两个能量谷，都具有相同的能量。

过去的研究表明，施加磁场可以将山谷的能量沿相反的方向移动，降低一个山谷的能量，使其“更深”，对电子更具吸引力，同时提高另一个山谷的能量使其“姗姗来说，“曾说。

通过添加另一个创新，新的研究建立了这项事先工作。

扫描电子显微镜图像显示在蓝宝石衬底（光面积）上生长的钨二硫化物。中灰色区域显示单层钨二硫化物，黑暗区域显示多层钨二硫化物。在蓝宝石上生长钨二硫化物后，研究人员将其转移到硫化物上。

“我们表明，如果我们在钨二硫化物下放置薄层硫化物，则可以扩大两个山谷的能量的变化。”Zeng说。“然后，当我们应用1个特斯拉的磁场时，我们能够在山谷的能量中实现巨大的偏移 - 相当于如果硫化铕的磁场施加大约一百个特斯拉的磁场，则相当于我们所希望的磁场。不存在。”

“效果的尺寸非常大 - 它就像使用磁场放大器一样，”Petrou说。“这很奇怪，我们必须检查几次以确保我们没有犯错误。”

最终结果？在山谷中操纵和检测电子的能力大大增强，可以促进对量子计算Qubits控制的质量。

山谷国家作为量子计算的Qubits

与其他形式的量子计算一样，基于谷的量子计算将依赖于子原子粒子的古怪质量 - 在这种情况下，电子 - 以执行强大的计算。

电子以似乎奇数的方式行事 - 例如，它们可以立即处于多个位置。结果，1和0不是在谷物中使用电子的系统中的唯一可能的状态。Zeng说，Qubit也可以在这些状态的任何叠加中，允许量子计算机同时探索许多可能性。

“这就是为什么Quantum Computing对于某些特殊任务如此强大，”Zeng说。“由于量子计算的概率和随机性质，特别适用于人工智能，密码，金融建模和量子机械模拟等应用，用于设计更好的材料。然而，如果可扩展的通用量子计算成为现实，我们需要克服很多障碍，我们可能很多年都离开了。“

新的研究在曾和Petrou的上班前建立，其中它们使用硫化物和磁场使用铕和磁场，以改变另外2D材料中的两个山谷的能量：钨蛋白酶（WSE2）。

虽然WS2和WSE2是相似的，但它们与“谷分裂”锻炼不同。在WS2中，获得“更深的”的山谷类似于WSE2中的山谷，成为“浅薄”，反之亦然，反之亦然，创造了探索这种区别如何在技术应用中提供灵活性的机会。

两种材料份额可以使用量子计算的一个特征：在WS2和WSE2中，填充两个能量谷的电子具有相反的旋转，一种角色的形式。虽然这个特征是没有必要的创建量子票，但它“提供了某些保护量子状态，使它们更加强大，”曾说。

参考：“巨大的山谷拆分在单层WS2通过磁性接近效果”，由Tenzin Norden，Chuan Zhao，Peiyao Zhang，Renat Sabirianov，Athos Petrou和Hao Zeng，2019年9月13日，Nature Communications.doi：
10.1038 / s41467-019-11966-4