新的超导状态可能对量子计算的未来具有重要意义

科学家们使用世界上最强大的量子显微镜之一获得了一项可能对计算的未来产生重大影响的发现。

科克大学宏观量子物质组实验室的研究人员在一种新型且不寻常的超导体二碲化铀(UTe2)中发现了空间调制超导态。这种新型超导体可能为量子计算面临的最大挑战之一提供解决方案。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。

主要作者乔·卡罗尔(JoeCarroll)，博士。与UCC量子物理学教授SéamusDavis合作的研究人员解释了本文的主题。

“超导体是令人惊奇的材料，具有许多奇怪和不寻常的特性。最著名的是它们允许电流以零电阻流动。也就是说，如果你让电流通过它们，它们不会开始升温，事实上，它们不会尽管携带着巨大的电流，但仍会耗散任何能量。他们可以做到这一点，因为我们不是单个电子在金属中移动，而是结合在一起的电子对。这些电子对一起形成宏观量子力学流体。”

“我们的团队发现，一些电子对形成了一种嵌入背景流体中的新晶体结构。我们的团队于2016年首次发现了这些类型的状态，现在称为电子对密度波。这些对密度波是一种新形式的超导物质，我们仍在发现其特性。”

“对我们和更广泛的社区来说特别令人兴奋的是UTe2似乎是一种新型超导体。近40年来，物理学家一直在寻找类似的材料。电子对似乎具有内在角动量。如果这是真的，那么我们检测到的就是由这些奇异电子对组成的第一个对密度波。”

当被问及这项工作的实际意义时，卡罗尔先生解释道：“有迹象表明UTe2是一种特殊类型的超导体，可能会对量子计算产生巨大影响。”

“典型的、经典的计算机使用比特来存储和操作信息。量子计算机依靠量子比特或量子比特来做同样的事情。现有量子计算机面临的问题是每个量子比特必须处于两种不同能量的叠加状态——就像薛定谔的能量叠加一样。”猫既可以被称为“死的”，也可以被称为“活着的”。这种量子态很容易通过坍缩成最低能态(‘死态’)而被破坏，从而切断任何有用的计算。”

“这给量子计算机的应用带来了巨大的限制。然而，自从五年前UTe2被发现以来，人们对UTe2进行了大量的研究，有证据表明它是一种超导体，可以作为拓扑量子计算的基础。在这种材料中，量子位在计算过程中的寿命没有限制，为更稳定和有用的量子计算机开辟了许多新途径。事实上，微软已经在拓扑量子计算上投资了数十亿美元，所以这是一个行之有效的方法已经是理论科学了。”他说。

“社区一直在寻找一种相关的拓扑超导体;UTe2似乎就是这样。”

“我们的发现为UTe2之谜提供了又一块。为了使用这样的材料进行应用，我们必须了解它们的基本超导特性。所有现代科学都是一步一步发展的。我们很高兴为理解做出了贡献一种可以让我们更接近实用量子计算机的材料。”

研究与创新副校长JohnF.Cryan教授表示：“这一重要发现将对量子计算的未来产生重大影响。在未来几周内，该大学将推出UCCFutures——未来量子和光子学以及由Seamus教授领导的研究戴维斯和宏观量子物质小组将利用世界上最强大的显微镜之一，在这一激动人心的计划中发挥至关重要的作用。”