稀有三重態(tài)超導體發(fā)現(xiàn)為穩(wěn)定量子計算提供終極關(guān)鍵

挪威科技大學的研究人員表示，NbRe可能是一種三重態(tài)超導體，能夠為量子技術(shù)實現(xiàn)零電阻自旋輸運。

挪威科技大學的科學家們相信，他們可能觀察到了一種長期尋覓的超導形式，它可以使量子計算機更穩(wěn)定，并顯著提高能效。

該團隊由挪威科技大學物理系和QuSpin研究中心的雅各布·林德教授領(lǐng)導，報告了合金NbRe表現(xiàn)得像三重態(tài)超導體的證據(jù)。

如果得到證實，這一發(fā)現(xiàn)可能為基于自旋的電子學和量子技術(shù)開辟新的道路。

"三重態(tài)超導體是許多從事固態(tài)物理學研究的物理學家愿望清單上的重中之重，"雅各布·林德教授說。

他補充道，三重態(tài)超導體材料是量子技術(shù)，更具體地說是量子計算領(lǐng)域的一種"圣杯"。

傳統(tǒng)的超導體，被稱為單重態(tài)超導體，可以無電阻地傳輸電流。

但它們內(nèi)部的配對粒子不攜帶自旋。這限制了它們在依賴控制自旋而非電荷的自旋電子學和量子系統(tǒng)中的應(yīng)用。

零電阻自旋輸運

三重態(tài)超導體之所以不同，是因為它們的超導粒子攜帶自旋。

據(jù)林德稱，"三重態(tài)超導體具有自旋這一事實帶來了一個重要結(jié)果。我們現(xiàn)在不僅可以在零電阻下傳輸電流，還可以傳輸自旋電流。"

這很重要，因為自旋是電子的基本屬性，可用于編碼和傳輸信息。

自旋電子學的目標是用自旋代替電荷來處理信號，從而可能減少能源消耗并提高速度。

"當今量子技術(shù)的主要挑戰(zhàn)之一是找到一種以足夠高精度執(zhí)行計算機運算的方法，"林德解釋道。

不穩(wěn)定性與誤差仍然是擴大量子計算機規(guī)模的主要障礙。能夠支持無損耗自旋輸運的材料可能有助于解決這個問題。

研究人員與意大利的實驗物理學家合作，測試了NbRe，一種鈮-錸合金。

他們的測量表明，這種材料的行為與人們對傳統(tǒng)單重態(tài)超導體的預期不同。

"在我們發(fā)表的文章中，我們證明了NbRe材料展現(xiàn)出的特性與三重態(tài)超導性相符，"林德說。

他提醒說，在得出確切結(jié)論之前，還需要做更多工作。"現(xiàn)在要最終確定該材料是否為三重態(tài)超導體還為時過早。

其中，這一發(fā)現(xiàn)必須得到其他實驗組的驗證。此外，進行進一步的三重態(tài)超導性測試也是必要的，"他說。

馬約拉納路徑與前景

三重態(tài)超導體還與被稱為馬約拉納粒子的奇異粒子有關(guān)。馬約拉納粒子是它自身的反粒子，被視為構(gòu)建更穩(wěn)定量子比特的希望所在。

這類粒子可能使得量子計算對環(huán)境噪聲不那么敏感。

NbRe的另一個優(yōu)勢是其工作溫度。這種材料在大約7開爾文的溫度下變得具有超導性。

雖然溫度仍然極低，但這明顯高于其他一些三重態(tài)候選材料所需的大約1開爾文的溫度，使得實驗更具可行性。

"我們的實驗研究表明，這種材料的行為與我們預期中的傳統(tǒng)單重態(tài)超導體完全不同，"林德補充道。

如果獨立團隊證實了這一結(jié)果，NbRe可能成為下一代量子設(shè)備中結(jié)合超導性和自旋電子學的關(guān)鍵平臺。

該研究結(jié)果已發(fā)表在《物理評論快報》上。

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