.Fractional Electrons: MIT’s New Graphene Breakthrough Is Shaping the Future of Quantum Computing
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.Fractional Electrons: MIT’s New Graphene Breakthrough Is Shaping the Future of Quantum Computing
분수 전자: MIT의 새로운 그래핀 혁신이 양자 컴퓨팅의 미래를 형성하고 있습니다
주제:전자그래핀와 함께입자물리학양자 컴퓨팅양자 역학 작성자: JENNIFER CHU, MIT 공과대학(MIT) 2024년 2월 23일 그래핀의 분수 양자 홀 효과 분수 양자 홀 효과는 일반적으로 매우 높은 자기장에서 볼 수 있지만 MIT 물리학자들은 이제 단순한 그래핀에서 이를 관찰했습니다. 5층 그래핀/육각형 질화붕소(hBN) 모아레 초격자에서 전자(파란 공)는 서로 강하게 상호 작용하며 마치 분수 전하로 부서진 것처럼 행동합니다. 신용: Sampson Wilcox, RLE MIT
-물리학자들이 관찰한 이국적인 전자 상태는 보다 강력한 형태의 양자 컴퓨팅을 가능하게 할 수 있습니다 . 전자는 단일 음전하를 운반하므로 전기의 기본 단위입니다. 이것이 우리가 고등학교 물리학에서 가르치는 내용이며, 자연계의 대부분의 물질에서 압도적으로 그렇습니다. 그러나 매우 특별한 물질 상태에서는 전자가 전체의 일부로 쪼개질 수 있습니다. "분수 전하"로 알려진 이 현상은 매우 드물며, 이를 모아서 제어할 수 있다면 이국적인 전자 상태는 탄력적이고 내결함성이 있는 양자 컴퓨터를 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다.
-지금까지 물리학자들에게 "분수 양자 홀 효과"로 알려진 이 효과는 몇 차례 관찰되었으며 대부분 매우 높고 조심스럽게 유지되는 자기장 하에서 관찰되었습니다. 최근에야 과학자들은 강력한 자기 조작이 필요하지 않은 물질에서 이러한 효과를 확인했습니다. 이제 MIT 물리학자들은 이해하기 어려운 부분 전하 효과를 관찰했는데, 이번에는 더 단순한 물질인 5개 층의 그래핀 ( 흑연과 일반 연필심에서 유래한 원자 얇은 탄소 층)에서 관찰되었습니다.
그들은 2월 21일 Nature 저널에 결과를 보고했습니다 .
전자분획그래핀연구팀 팀 사진 왼쪽부터: Long Ju, Zhengguang Lu 박사후 연구원, 학부생 Yuxuan Yao, 대학원생 Tonghang Hang 출처: Jixiang Yang
그들은 다섯 장의 그래핀이 계단의 계단처럼 쌓였을 때 결과적인 구조가 본질적으로 외부 자기장이 필요 없이 전자가 총 전하의 일부로 통과할 수 있는 적절한 조건을 제공한다는 것을 발견했습니다. 이번 결과는 물리학자들이 이 효과를 나타낼 것으로 예상하지 못했던 결정질 그래핀에서 '분율 양자 변칙 홀 효과'('변칙'이라는 용어는 자기장이 없음을 의미함)의 첫 번째 증거입니다.
-"이 5층 그래핀은 놀라운 일이 많이 일어나는 재료 시스템입니다."라고 MIT 물리학과 조교수인 연구 저자 Long Ju는 말합니다. “분수 전하는 매우 이색적이며 이제 우리는 자기장 없이 훨씬 간단한 시스템으로 이 효과를 실현할 수 있습니다. 그것은 그 자체로 기초 물리학에 중요합니다. 그리고 이는 섭동에 대해 더욱 강력한 양자 컴퓨팅 유형의 가능성을 가능하게 할 수 있습니다.”
Ju의 MIT 공동저자는 수석 저자인 Zhengguang Lu, Tonghang Han, Yuxuan Yao, Aidan Reddy, Jixiang Yang, Junseok Seo, Liang Fu와 일본 국립재료과학연구소의 Kenji Watanabe 및 Takashi Taniguchi입니다.
-기괴한 상태 분수 양자 홀 효과는 입자가 개별 단위로 행동하다가 전체로서 함께 행동할 때 발생할 수 있는 이상한 현상의 한 예입니다. 이러한 집합적인 "상관된" 행동은 특별한 상태에서 나타납니다. 예를 들어 전자가 일반적으로 열광적인 속도에서 입자가 서로를 감지하고 상호 작용할 수 있게 하는 크롤링 속도로 느려지는 경우입니다. 이러한 상호 작용은 전자 전하의 비정통적인 분리와 같은 희귀한 전자 상태를 생성할 수 있습니다. 1982년에 과학자들은 2차원 평면에 갇힌 전자 가스가 높은 자기장 아래에 배치되는 갈륨 비소의 이종 구조에서 분수 양자 홀 효과를 발견했습니다.
이 발견은 나중에 그 그룹에게 노벨 물리학상을 안겨주었습니다. "[발견]은 매우 큰 일이었습니다. 왜냐하면 분수 전하와 같은 것을 제공하는 방식으로 상호 작용하는 이러한 단위 전하가 매우 기괴했기 때문입니다."라고 Ju는 말합니다. “당시에는 이론적인 예측이 전혀 없었고 실험은 모두를 놀라게 했습니다.” 그 연구자들은 자기장을 사용하여 물질의 전자가 상호작용할 수 있을 만큼 속도를 늦추는 획기적인 결과를 달성했습니다.
그들이 작업한 자기장은 일반적으로 MRI 기계에 전력을 공급하는 것보다 약 10배 더 강력했습니다. 2023년 8월, 워싱턴 대학의 과학자들은 자기장이 없는 부분 전하의 첫 번째 증거를 보고했습니다. 그들은 몰리브덴 디텔루라이드(molybdenum ditelluride)라고 불리는 꼬인 반도체에서 이 "변칙적인" 버전의 효과를 관찰했습니다. 연구진은 이론가들이 외부 자기 제어 없이도 전자가 분할되도록 유도하기에 충분한 고유한 자기장을 재료에 제공할 것이라고 예측한 특정 구성으로 재료를 준비했습니다. "자석 없음" 결과는 토폴로지 양자 컴퓨팅에 대한 유망한 경로를 열었습니다.
이는 보다 안전한 형태의 양자 컴퓨팅으로, 추가된 토폴로지 요소(약한 변형이나 교란에도 변하지 않는 특성)가 큐비트에 추가 보호를 제공합니다. 계산을 수행할 때. 이 계산 방식은 분수 양자 홀 효과와 초전도체의 조합을 기반으로 합니다. 예전에는 깨닫는 것이 거의 불가능했습니다. 부분 전하를 얻으려면 강한 자기장이 필요하지만 동일한 자기장은 일반적으로 초전도체를 죽입니다. 이 경우 부분 전하는 큐비트(양자 컴퓨터의 기본 단위) 역할을 합니다. 발걸음을 내딛다 같은 달, Ju와 그의 팀은 그래핀에서 변칙적인 분수 전하의 징후를 관찰했습니다. 그래핀은 그러한 효과를 나타낼 것으로 예상되지 않았던 재료였습니다.
Ju의 그룹은 그 자체로 뛰어난 특성을 나타내는 그래핀의 전자적 거동을 탐구해 왔습니다. 가장 최근에 Ju의 그룹은 계단의 계단처럼 서로 약간 떨어져 쌓인 5개의 그래핀 시트 구조인 5층 그래핀을 조사했습니다. 이러한 5층 그래핀 구조는 흑연에 내장되어 있으며 스카치 테이프를 사용하여 박리함으로써 얻을 수 있습니다. 초저온의 냉장고에 넣으면 구조의 전자가 천천히 기어가며 더 높은 온도에서 윙윙거릴 때 일반적으로 발생하지 않는 방식으로 상호 작용합니다.
-새로운 연구에서 연구원들은 몇 가지 계산을 수행하여 5층 구조가 그래핀과 유사한 원자 구조를 가진 물질인 육방정계 질화붕소(hBN)와 정렬되면 전자가 서로 더 강하게 상호 작용할 수 있다는 것을 발견했습니다. 약간 다른 치수로. 두 물질을 결합하면 자기장을 모방하는 방식으로 전자의 속도를 늦출 수 있는 복잡하고 비계와 같은 원자 구조인 모아레 초격자를 생성해야 합니다. 지난 여름 MIT 연구실에 새로운 희석 냉장고를 설치한 Ju는 "우리는 이런 계산을 한 다음 해 보자고 생각했습니다"라고 말했습니다. Ju는 재료를 초저온까지 냉각하고 이국적인 연구를 위해 사용할 계획이었습니다.
전자 행동. 연구진은 먼저 흑연 블록에서 그래핀 층을 박리한 다음 광학 도구를 사용하여 계단식 구성에서 5층 플레이크를 식별함으로써 하이브리드 그래핀 구조의 두 샘플을 제작했습니다. 그런 다음 그들은 그래핀 플레이크를 hBN 플레이크에 스탬핑하고 두 번째 hBN 플레이크를 그래핀 구조 위에 배치했습니다. 마지막으로 구조에 전극을 부착하고 절대 영도 에 가깝게 설정된 냉장고에 넣었습니다 . 그들은 물질에 전류를 가하고 전압 출력을 측정하면서 분수 전하의 특징을 보기 시작했습니다. 여기서 전압은 전류에 분수와 몇 가지 기본 물리 상수를 곱한 값과 같습니다.
첫 번째 저자인 Lu는 “우리가 그것을 본 날 처음에는 그것을 알아보지 못했습니다.”라고 말했습니다. “그런 다음 우리는 이것이 정말 큰 일이라는 것을 깨닫고 소리를 지르기 시작했습니다. 정말 놀라운 순간이었습니다.” 공동 제1저자인 Han은 “이것은 아마도 우리가 새 냉장고에 넣은 최초의 진지한 샘플이었을 것입니다.”라고 덧붙였습니다. “우리는 마음을 진정시킨 후, 우리가 보고 있는 것이 진짜인지 확인하기 위해 자세히 살펴보았습니다.” 연구진은 추가 분석을 통해 그래핀 구조가 실제로 분수 양자 변칙 홀 효과를 나타냄을 확인했습니다.
그래핀에서 이러한 효과가 나타난 것은 이번이 처음이다. “그래핀은 또한 초전도체가 될 수 있습니다.”라고 Ju는 말합니다. “따라서 동일한 소재로 서로 완전히 다른 두 가지 효과를 동시에 얻을 수 있습니다. 그래핀을 사용하여 그래핀과 대화하면 그래핀을 다른 재료와 연결할 때 원하지 않는 많은 효과를 피할 수 있습니다.” 현재 이 그룹은 다른 희귀 전자 상태에 대한 다층 그래핀을 계속 탐색하고 있습니다. “우리는 많은 기본적인 물리학 아이디어와 응용을 탐구하기 위해 노력하고 있습니다.”라고 그는 말합니다. "우리는 앞으로 더 많은 것이 있을 것이라는 것을 알고 있습니다."
참고 자료: Zhengguang Lu, Tonghang Han, Yuxuan Yao, Aidan P. Reddy, Jixiang Yang, Junseok Seo, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Liang Fu 및 Long Ju의 "다층 그래핀의 분수 양자 변칙 홀 효과", 2024년 2월 21일, Nature . DOI: 10.1038/s41586-023-07010-7 이 연구는 Sloan Foundation과 National Science Foundation의 일부 지원을 받습니다.
메모 2402241018 나의 사고실험 qpeoms 스토리텔링
분수 전하는 매우 이색적이며 이제 우리는 자기장 없이 훨씬 간단한 시스템으로 이 효과를 실현할 수 있다.
분수전하는 msbase.oss의 수많은 배열을 의미하고 전자기장이 없이 내부적인 자기장 qpeoms 영역 없이도 출력의 경계선 상에서 전자 전하의 비정통적인 분리와 같은 희귀한 전자 상태를 생성할 수 있다. 허허.
이 분수전하의 효과는 더 단순한 물질인 5개 층의 qpeom 모아레 그래핀 ( 흑연과 일반 연필심에서 유래한 원자 얇은 qoms박막 탄소 층)에서 관찰되었다. 허허. 물론 qpeoms.k.temperature에 의해 이런 현상에도 여러종류의 원소 분자들로 인하여 은하계에서 다공성 보이드가 생겨난 banc는 모아레 패턴의 27차원적 초끈의 분수적 특성이 보인다. 허허.
Memo 2402241018 My thought experiment qpeoms storytelling
Fractional charges are quite exotic, and now we can realize this effect in a much simpler system without magnetic fields.
Fractional charges refer to numerous arrangements of msbase.oss and can produce rare electronic states, such as unorthodox separation of electronic charges on the boundary of the output, without an electromagnetic field and without an internal magnetic field qpeoms field. haha.
The effect of this fractional charge was observed in a simpler material, five-layer qpeom moiré graphene, an atomically thin qpeom carbon layer derived from graphite and ordinary pencil lead. haha. Of course, despite this phenomenon due to qpeoms.k.temperature, the banc, in which porous voids are created in the galaxy due to various types of element molecules, shows the fractional characteristics of the 27-dimensional superstring of the moiré pattern. haha.
Sample oms.vix.a (standard2)
2401030806
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.Scientists closer to finding quantum gravity theory after measuring gravity on microscopic level
과학자들은 미세한 수준에서 중력을 측정한 후 양자 중력 이론을 찾는 데 더 가까워졌습니다
사우 샘프 턴 대학교 양자 실험에 대한 예술가의 인상. 크레딧: 사우샘프턴 대학 FEBRUARY 23, 2024
미세한 수준에서 중력을 측정하는 방법을 알아낸 후 우주의 신비로운 힘을 밝히는 데 한 걸음 더 가까워졌습니다. 전문가들은 아이작 뉴턴이 발견한 힘이 작은 양자 세계에서 어떻게 작용하는지 완전히 이해한 적이 없습니다.
아인슈타인조차 양자 중력에 당황했고 일반 상대성 이론 에서 중력의 양자 버전을 보여줄 수 있는 현실적인 실험은 없다고 말했습니다. 그러나 이제 유럽의 과학자들과 협력하고 있는 사우샘프턴 대학의 물리학자들은 새로운 기술을 사용하여 작은 입자에 대한 약한 중력을 탐지하는 데 성공했습니다. 그들은 이것이 이해하기 어려운 양자 중력 이론을 찾는 길을 열 수 있다고 주장합니다.
Science Advances 에 발표된 이 실험은 공중에 떠 있는 자석을 사용하여 양자 영역에 접할 만큼 작은 미세한 입자의 중력을 감지했습니다. 수석 저자인 사우샘프턴 대학의 팀 푹스(Tim Fuchs)는 이번 결과가 전문가들이 현실에서 잃어버린 퍼즐 조각을 찾는 데 도움이 될 수 있다고 말했습니다. 그는 "한 세기 동안 과학자들은 중력과 양자 역학이 어떻게 함께 작동하는지 이해하려고 노력했지만 실패했습니다.
- 이제 우리는 기록된 가장 작은 질량에서 중력 신호를 성공적으로 측정했으며, 이는 그것이 어떻게 작동하는지 마침내 깨닫는 데 한 걸음 더 가까워졌다는 것을 의미합니다"라고 덧붙였습니다. 동시에. "여기서부터 우리는 양쪽 양자 세계에 도달할 때까지 이 기술을 사용하여 소스 규모를 축소하기 시작할 것입니다. 양자 중력을 이해함으로써 우리는 우주가 어떻게 시작되었는지, 블랙홀 내부에서 무슨 일이 일어나는지와 같은 우주의 미스터리 중 일부를 풀 수 있습니다 . 또는 모든 힘을 하나의 큰 이론으로 통합하는 것입니다."
-양자 영역의 규칙은 과학에 의해 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 그러나 미세한 규모의 입자와 힘은 일반 크기의 물체와 다르게 상호 작용한다고 믿어집니다. 사우샘프턴의 학자들은 네덜란드 라이덴 대학교(Leiden University)와 이탈리아 포토닉스 및 나노기술 연구소(Institute for Photonics and Nanotechnologies)의 과학자들과 함께 실험을 수행했습니다.
-그들의 연구에서는 자기장, 민감한 감지기 및 고급 진동 차단 기능을 갖춘 트랩으로 알려진 초전도 장치와 관련된 정교한 설정을 사용했습니다 . 0.43mg 크기의 작은 입자를 절대 영도보다 100분의 1도 높은 동결 온도(섭씨 -273도 정도)에서 공중에 띄워서 약 30aN의 약한 당기는 힘을 측정했습니다.
이번 결과는 더 작은 물체와 힘 사이의 미래 실험을 위한 문을 열어준다고 Southampton 대학의 Hendrik Ulbricht 물리학 교수가 말했습니다. 그는 “우리는 중력과 양자 세계에 대한 새로운 발견으로 이어질 수 있는 과학의 경계를 넓히고 있다”고 덧붙였다. " 입자의 진동을 분리하기 위해 극저온 과 장치를 사용하는 우리의 새로운 기술은 양자 중력을 측정하는 방법을 입증할 것입니다 . "이러한 미스터리를 풀면 가장 작은 입자부터 가장 거대한 우주 구조에 이르기까지 우주 구조에 대한 더 많은 비밀을 밝히는 데 도움이 될 것입니다."
추가 정보: Tim Fuchs 외, 밀리그램 공중 부양 질량으로 중력 측정, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk2949 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2949 저널 정보: Science Advances 사우샘프턴대학교 제공
https://phys.org/news/2024-02-scientists-closer-quantum-gravity-theory.html
메모 2402242044 나의 사고실험 qpeoms 스토리텔링
다중우주를 지배하는 거대 중력장은 poms에서 작용하고 양자 중력장은 qoms에서는 작동하는 것으로 추론된다.
고로, qpeoms(quasi, prime_odd, empty_lattice, origin_even, magicsum).base에서 모든 힘이 하나의 큰 이론으로 통합하게 되었다. 전자기장은 poms에서 약력은 ems, 강력은 qoms가 작동한다. 허허. 놀라지들 마라. 검증은 그냥 계속될 것이다. 허허.
- Now we have successfully measured the gravitational signal from the smallest mass ever recorded, which means we are one step closer to finally realizing how it works,” he added. We'll start using this technique to scale down the source until we get there. By understanding quantum gravity, we can unlock some of the mysteries of the universe, such as how the universe began and what happens inside black holes. Or unifying all the forces into one big theory.”
-The rules of the quantum realm are not yet fully understood by science. However, it is believed that particles and forces at microscopic scales interact differently than they do with normal-sized objects. Scholars from Southampton carried out the experiments together with scientists from Leiden University in the Netherlands and the Institute for Photonics and Nanotechnologies in Italy.
-Their study used a sophisticated setup involving superconducting devices known as traps equipped with magnetic fields, sensitive detectors, and advanced vibration isolation capabilities. A small particle measuring 0.43 mg was suspended in the air at a freezing temperature one-hundredth of a degree above absolute zero (about -273 degrees Celsius) and a weak pulling force of about 30 aN was measured.
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Memo 2402242044 My thought experiment qpeoms storytelling
It is inferred that the giant gravitational field that governs the multiverse operates in poms, and the quantum gravitational field operates in qoms.
Therefore, in qpeoms(quasi, prime_odd, empty_lattice, origin_even, magicsum).base, all the forces are integrated into one big theory. The electromagnetic field operates in poms with the weak force at ems and the strong force at qoms. haha. Don't be surprised. Verification will simply continue. haha.
Sample oms.vix.a (standard2)
2401030806
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