加州理工首次發現全新物質狀態——三維量子液態晶體
美國加州理工學院（California Institute of Technology）量子資訊及物質研究所的物理學家首次發現了一種新的物質狀態——三維量子液態晶體（3D quantum liquid crystal）。
科學家認為，這種狀態具有獨特的物理性質，有可能在未來量子電腦中發揮作用。科學家更聲稱，這研究的發現只是冰山一角，將啟發未來更多有關的研究，測試這種新的物質狀態。
液態晶體 vs 3D量子液態晶體
液態晶體分子像普通液體一樣自由流動，但又像固體那樣保持固定的分子排列方向。常見的液晶顯示屏，就是一種人造的液態晶體；生物的細胞膜，則是天然的液態晶體。
量子液態晶體的分子行為與普通的液態晶體相似，但其電子更傾向於沿著特定軸定向。科學家最早在 1999 年發現這種物質狀態。
根據電子沿軸自轉方向的不同，3D 量子液態晶體表現出不同的磁學特性。這意味著，充電會讓 3D 量子液態晶體變成磁體，或者改變其磁性的強度或方向。
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研究團隊希望 3D 量子液態晶體可以用於設計效能更高的電腦晶片，或者開發速度更快的量子電腦。
由於量子效應短暫而不穩定，單透過接觸周圍環境就能輕易發生改變甚至完全消失，因此，製造量子電腦絕對是一個挑戰。不過，這個問題可以用一種特殊的材料解決——拓撲超導體，而這正是 3D 量子液態晶體發揮作用的地方。
研究負責人、加州理工物理學助理教授 David Hsieh 說，正如 2D 量子液態晶體被認為是高溫超導體的前體一樣，3D 量子液態晶體或許正是我們一直尋找的拓撲超導體的前體。
博士後學者 John Harter 認為，有了這項研究成果做基礎，科學家就不必靠運氣、盲目地尋找拓撲超導體，而能夠利用 3D 量子液態晶體來設計及研發它，有望加快量子電腦的發展。
參考資料：
- Harter, J. W., Zhao, Z. Y., Yan, J.-Q., Mandrus, D. G. & Hsieh, D. (2017) A parity-breaking electronic nematic phase transition in the spin-orbit coupled metal Cd_2Re_2O_7. Science, 356 (6335). pp. 295-299. ISSN 0036-8075.
