愛爾蘭科克大學學院研究團隊提出一種全新的“自旋見証光譜學”技術，通過將原本干擾實驗的磁性雜質自旋轉化為“量子見証者”，實現了對候選量子材料赫伯茨密石中量子自旋液體內部激發的間接探測，並首次獲得關鍵准粒子“自旋子”存在的實驗証據。這一突破被認為是邁向“量子硅”研究的重要一步，有望為研發未來量子計算機材料提供新方向。相關研究10日發表於《自然·物理學》。

量子自旋液體是一種特殊的量子物態。自旋子與量子糾纏密切相關，主要存在於量子自旋液體等具有強關聯電子行為的物質體系中。與普通物質在低溫下趨於有序不同，該體系中的原子自旋即便在極低溫下也不會“凍結”，始終保持量子糾纏的動態狀態，因此被形象地稱為“永不凍結的磁性液體”。

而赫伯茨密石這種礦物自2004年人工合成以來，一直被認為是最有希望存在量子自旋液體的候選材料之一。但以往研究一直受到礦物中磁性雜質原子的干擾，使得對真實量子態的識別極為困難。

此次團隊沒有試圖剔除這些干擾信號，而是將其視為一種“量子見証者”，即把它們當作量子比特來處理，通過分析其動態變化來反推出背后量子自旋液體的行為。基於這一思路，團隊開發出了自旋見証光譜學技術，並利用超導量子干涉儀對極其微弱的磁信號進行探測。

實驗中，赫伯茨密石晶體自發產生的磁信號呈現出類似“噪聲”的特征。進一步分析發現，這些噪聲具有特定結構，可揭示雜質自旋之間存在有序的相互作用關系。

這些相互作用由自旋子介導。更重要的是，自旋子與另一類粒子“維森子”之間存在特殊的量子關聯，當兩者相互繞行時，量子狀態會發生改變。這一性質被認為是“拓扑量子計算”的基礎機制之一，有望為構建容錯量子計算機提供新路徑。

不過，赫伯茨密石中的粒子目前仍屬於“阿貝爾任意子”，距離實現實際量子計算所需的“非阿貝爾任意子”體系仍有差距。（記者張佳欣）