紫青銅的量子魔術 量子設備「完美開關」
編譯／高晟鈞
近日，來自布里斯托大學的量子科學家在一項突破性的實驗中，發現了紫青銅材料中的一種罕見現象，有望成為量子設備中革命性的「完美開關」。
有趣的探索之旅
有關於紫青銅的研究最早始於13年前，當時的兩位博士生Xiaofeng Xu和Nick Wakeham對紫青銅的磁性電阻進行了測量。紫青銅的電阻表現出複雜的行為，隨著溫度不斷升高，材料從金屬狀態慢慢轉變為絕緣狀態。更令人驚訝的是，磁性電阻卻表現出一致性，而這也成了10年的未解之謎。
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「在沒有磁場的狀況下，紫青銅的電阻主要受到電流引入了方向影響，其溫度變化機制也相對複雜。」作者Nigel Hussey說道。
2017年，Nigel參加由物理學家Piotr Chudzinski博士舉辦的，有關紫青銅的研討會。Chudzinski博士提出一個理論：材料中電阻的上升，可能與傳導電子和特殊的複合粒子（被稱為暗粒子）之間的干擾有關。這個理論在隨後的實驗獲得了證明，Xiaofeng Xu和Nick Wakeham實驗數據也從冬眠期重新復甦。
湧現對稱性（Emergent Symmetry）
對稱性時常被用來描述分子的化學性質，而對稱性破缺（Symmetry Breaking）則是許多量子系統的共同特徵。舉例來說，當水接近冰點時，水中各處看起來皆相同，那是因為此時水系統處於空間上的對稱性。然而，當系統中的某處溫度產生震盪，降至冰點以下後，便會造成「對稱性破缺」。
湧現對稱性，是一種不尋常的物理現象。前面提過，隨著溫度降低，金屬通常會產生對稱性破缺，然而，紫青銅卻從複雜性轉化為對稱性的相反情況實屬罕見。這個理論也在隨後另一位博士生Maarten Berben的研究中獲得了證實──湧現對稱性是造成不同晶體擁有不同基態的原因。
Chudzinski博士將其比喻成魔術：「大自然扮演了神奇的魔術師，將紫青銅從一黯淡、扭曲的材料，搖身一變成了美麗、完美對稱的球體。」
這項發現最大的價值，在於為量子技術開闢了新途徑，有望開發更高效、多功能的量子設備。紫青銅有望在量子電路中，透過微小的刺激，引發開關電阻巨大的變化。
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