加州大学圣克鲁斯分校 这个例子代表了由于晶格振动耦合引起的自旋弛豫，正如完全量子力学计算所预测的那样
信用:辛然东方 加州大学圣克鲁斯分校的研究人员开发了一种理论基础和新的计算工具，用于预测材料的自旋动力学，这是构建固态量子计算平台和自旋电子学其他应用的关键特性
自旋是电子和其他粒子的基本属性，快速发展的自旋电子学领域使用自旋态的方式类似于在电子学中使用电荷
在量子信息科学的应用中，包括量子计算、通信和传感，自旋可以用作量子位(量子位)和单光子发射器的基础
量子位可以由任何具有两种状态的量子系统制成，但挑战在于维持量子相干性(量子状态之间的关系)足够长的时间，以允许操纵量子位
退相干意味着系统信息的丢失，自旋量子位可能通过与环境相互作用而失去相干性，例如，通过材料中的晶格振动
“量子信息科学的关键特性是自旋态的寿命，即自旋弛豫和退相干时间，”加州大学圣克鲁斯分校化学助理教授袁平说
“对于量子信息应用，我们需要具有长自旋弛豫时间的材料
" 在6月3日发表在《自然通讯》上的一篇论文中，平和她在和伦斯勒理工学院的合著者提出了一个新的理论框架和计算工具，用于精确预测任何材料的自旋弛豫时间，这在以前是不可能的
“如今，人们只是制作一种材料，并尝试看看它是否有效
现在我们有了量子力学的预测能力，这将使我们能够设计出具有我们希望在量子信息科学中应用的性质的材料，”她说
“如果你有一个有前途的材料，这可以告诉你如何改变它，使它更好
" 研究人员根据第一原理建立了确定自旋动力学的方法，这意味着计算不需要实验测量的经验参数
他们还表明，他们的方法可以推广到不同类型的材料，具有非常不同的晶体对称性和电子结构
例如，他们准确地预测了中心对称材料(如硅、铁磁铁和石墨烯)以及非中心对称材料(如二硫化钼和氮化镓)的自旋弛豫时间，突出了他们的方法对广泛的量子材料的预测能力
通过实现材料的合理设计，而不是盲目地搜索和实验性地测试各种材料，这些新方法可以使量子信息技术领域快速发展
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