新華網(wǎng)北京4月11日電(記者吳晶晶、李江濤)我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)量子反?;魻栃?yīng),被著名物理學(xué)家楊振寧教授譽(yù)為“諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)”的科研成果。什么是量子反?;魻栃?yīng)?它的發(fā)現(xiàn)有什么重大意義?
要了解量子反?;魻栃?yīng),必須先認(rèn)識(shí)量子霍爾效應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子,我們使用計(jì)算機(jī)的時(shí)候,會(huì)遇到計(jì)算機(jī)發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問(wèn)題。這是因?yàn)槌B(tài)下芯片中的電子運(yùn)動(dòng)沒(méi)有特定的軌道,相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。
“量子霍爾效應(yīng)則可以對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)制定一個(gè)規(guī)則,讓它們?cè)诟髯缘呐艿郎锨斑M(jìn),就好比一輛高級(jí)跑車,常態(tài)下是在擁擠的農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)里前進(jìn),而在量子霍爾效應(yīng)下,則可以在沒(méi)有干擾的高速路上前進(jìn)?!鼻迦A大學(xué)薛其坤院士形象地說(shuō)。
量子霍爾效應(yīng)能解決電子碰撞發(fā)熱的問(wèn)題,因而在未來(lái)的量子計(jì)算、量子信息存儲(chǔ)方面具有巨大的應(yīng)用潛力,據(jù)此設(shè)計(jì)新一代大規(guī)模集成電路和元器件,將會(huì)具有極低的能耗。
然而,量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng),不但價(jià)格昂貴,而且體積相當(dāng)于一個(gè)衣柜那么大,不適合個(gè)人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)?!岸孔臃闯;魻栃?yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場(chǎng),在零磁場(chǎng)中就可以實(shí)現(xiàn)量子霍爾態(tài),更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘K璧碾娮悠骷?。”薛其坤說(shuō)。
科學(xué)家表示,量子反?;魻栃?yīng)有可能推動(dòng)新一代低能耗晶體管和電子學(xué)器件發(fā)展,通過(guò)密度集成,將來(lái)計(jì)算機(jī)的體積也將大大縮小,即使千億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)都有望做成現(xiàn)在的平板電腦那么大。
在凝聚態(tài)物理中,量子霍爾效應(yīng)占據(jù)著極其重要的地位。整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)分別于1985年和1998年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 這次由薛其坤院士領(lǐng)銜、清華大學(xué)和中科院物理研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的量子反?;魻栃?yīng),被認(rèn)為可能是量子霍爾效應(yīng)家族最后一個(gè)有待實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的成員。
“量子反常霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)可能帶來(lái)下一次信息技術(shù)革命,中國(guó)科學(xué)家為國(guó)家爭(zhēng)奪了未來(lái)信息革命的戰(zhàn)略制高點(diǎn)?!蓖?fù)浣^緣體領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)者之一、清華大學(xué)“千人計(jì)劃”教授張首晟說(shuō)。