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

挪威科技大學(xué)的研究人員表示，NbRe可能是一種三重態(tài)超導(dǎo)體，能夠?yàn)榱孔蛹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)零電阻自旋輸運(yùn)。

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

該團(tuán)隊(duì)由挪威科技大學(xué)物理系和QuSpin研究中心的雅各布·林德教授領(lǐng)導(dǎo)，報(bào)告了合金NbRe表現(xiàn)得像三重態(tài)超導(dǎo)體的證據(jù)。

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

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

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

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

但它們內(nèi)部的配對(duì)粒子不攜帶自旋。這限制了它們?cè)谝蕾嚳刂谱孕请姾傻淖孕娮訉W(xué)和量子系統(tǒng)中的應(yīng)用。

零電阻自旋輸運(yùn)

三重態(tài)超導(dǎo)體之所以不同，是因?yàn)樗鼈兊某瑢?dǎo)粒子攜帶自旋。

據(jù)林德稱，"三重態(tài)超導(dǎo)體具有自旋這一事實(shí)帶來了一個(gè)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?yàn)樽孕请娮拥幕緦傩裕捎糜诰幋a和傳輸信息。

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

"當(dāng)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(jì)算機(jī)運(yùn)算的方法，"林德解釋道。

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

研究人員與意大利的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家合作，測(cè)試了NbRe，一種鈮-錸合金。

他們的測(cè)量表明，這種材料的行為與人們對(duì)傳統(tǒng)單重態(tài)超導(dǎo)體的預(yù)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(dǎo)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(dǎo)體還為時(shí)過早。

其中，這一發(fā)現(xiàn)必須得到其他實(shí)驗(yàn)組的驗(yàn)證。此外，進(jìn)行進(jìn)一步的三重態(tài)超導(dǎo)性測(cè)試也是必要的，"他說。

馬約拉納路徑與前景

三重態(tài)超導(dǎo)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(jì)算對(duì)環(huán)境噪聲不那么敏感。

NbRe的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)更具可行性。

"我們的實(shí)驗(yàn)研究表明，這種材料的行為與我們預(yù)期中的傳統(tǒng)單重態(tài)超導(dǎo)體完全不同，"林德補(bǔ)充道。

如果獨(dú)立團(tuán)隊(duì)證實(shí)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(dǎo)性和自旋電子學(xué)的關(guān)鍵平臺(tái)。

該研究結(jié)果已發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

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