非常规界面超导体可能有利于量子计算

Josiah01 · 发表于 2024-8-26 14:08:32

由加州大学河滨分校物理学家彭伟领导的美国多机构科学家团队开发出一种新型超导材料，该材料可能应用于量子计算，并成为“拓扑超导体”的候选材料。
拓扑是形状的数学。拓扑超导体利用电子或空穴的非定域状态（空穴的行为类似于带正电荷的电子）以稳健的方式传输量子信息和处理数据。
研究人员在《科学进展》杂志上报告称，他们将三方碲与在金薄膜表面产生的表面态超导体结合在一起。论文标题为“超导体-手性材料异质结构中自旋活性界面和局部增强塞曼场的特征”。
三方碲是一种手性材料，这意味着它不能叠加在其镜像上，就像我们的左手和右手一样。三方碲也是非磁性的。尽管如此，研究人员在界面处观察到了量子态，这些量子态具有明确的自旋极化。自旋极化允许激发态潜在地用于创建自旋量子比特（或量子位）。
物理学和天文学副教授魏说：“通过在手性材料和金之间创建非常干净的界面，我们开发出了一种二维界面超导体。”
“界面超导体是独一无二的，因为它处于自旋能量比传统超导体增强六倍的环境中。”
研究人员观察到，界面超导体在磁场下发生转变，在高场下比在低场下变得更加稳健，这表明它转变为在磁场下更稳定的“三重态超导体”。
此外，通过与美国国家标准与技术研究所的科学家合作，研究人员表明，这种涉及异质结构金和铌薄膜的超导体自然地抑制了由铌氧化物等材料缺陷引起的退相干源，这是铌超导体的常见挑战。
他们表明，超导体可以制成高品质、低损耗的微波谐振器，其品质因数可达100万。
跨国科技公司 IBM 表示，这项新技术可应用于量子计算。量子计算利用量子力学来解决传统计算机或超级计算机无法解决或无法足够快解决的复杂问题。
“我们使用的材料比量子计算行业通常使用的材料薄一个数量级，从而实现了这一目标，”魏说。“低损耗微波谐振器是量子计算的关键组件，可以实现低损耗超导量子比特。量子计算的最大挑战是减少量子比特系统中的退相干或量子信息损失。”
量子系统与环境相互作用时，会发生退相干，导致系统信息与环境信息混杂在一起。退相干对实现量子计算机提出了挑战。
与以前需要磁性材料的方法不同，研究人员的新方法使用非磁性材料来获得更清洁的界面。
魏教授表示：“我们的材料可能成为开发更具可扩展性和可靠性的量子计算组件的有希望的候选材料。”
魏先生与加州大学河滨分校的研究生一起参与了这项研究。
该技术已向加州大学河滨分校技术合作办公室披露，并已提交临时专利。

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