科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)加州大學(xué)河濱分校領(lǐng)導(dǎo)的多機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)研制出一種新型非常規(guī)界面超導(dǎo)材料。該材料可用于量子計(jì)算，并成為“拓?fù)涑瑢?dǎo)體”的候選材料。研究成果發(fā)表在新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

拓?fù)涑瑢?dǎo)體利用電子或空穴的非定域狀態(tài)（空穴的行為類似于帶正電荷的電子），以穩(wěn)健的方式傳輸量子信息和處理數(shù)據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)將三方碲（一種非磁性的手性材料）與在金薄膜表面產(chǎn)生的表面態(tài)超導(dǎo)體結(jié)合在一起，并在界面上觀察到了具有明確自旋極化的量子態(tài)。自旋極化允許激發(fā)態(tài)潛在地用于創(chuàng)建自旋量子比特。

團(tuán)隊(duì)在手性材料和金之間創(chuàng)建一個(gè)非常干凈的界面，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出了二維界面超導(dǎo)體。界面超導(dǎo)體是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗嬖谟谝粋€(gè)自旋能量比傳統(tǒng)超導(dǎo)體高出6倍的環(huán)境中。界面超導(dǎo)體在磁場(chǎng)下發(fā)生轉(zhuǎn)變，在高場(chǎng)下比在低場(chǎng)下更為穩(wěn)健，這表明它能轉(zhuǎn)變?yōu)樵诖艌?chǎng)下更穩(wěn)定的“三重態(tài)超導(dǎo)體”。

通過(guò)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的合作，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種包含異質(zhì)結(jié)構(gòu)金和鈮薄膜的超導(dǎo)體可自然地抑制由鈮氧化物等材料缺陷引起的退相干源，而退相干源是鈮超導(dǎo)體面臨的一個(gè)常見(jiàn)挑戰(zhàn)。研究表明，這種超導(dǎo)體可制成高品質(zhì)、低損耗的微波諧振器，品質(zhì)因數(shù)可達(dá)100萬(wàn)。

團(tuán)隊(duì)表示，他們使用的材料比量子計(jì)算行業(yè)通常使用的材料薄一個(gè)數(shù)量級(jí)。低損耗微波諧振器是量子計(jì)算的關(guān)鍵組件，可實(shí)現(xiàn)低損耗超導(dǎo)量子比特。而量子計(jì)算的最大挑戰(zhàn)正是減少量子比特系統(tǒng)中的退相干或量子信息損失。

與以前需要磁性材料的方法不同，新方法使用非磁性材料來(lái)獲得更清潔的界面。這種材料可能會(huì)成為開(kāi)發(fā)更具可擴(kuò)展性和可靠性的量子計(jì)算組件的候選材料。

總編輯圈點(diǎn)

超導(dǎo)體的魅力之大，自其發(fā)現(xiàn)以來(lái)的一個(gè)世紀(jì)里，一直令科學(xué)家孜孜以求。但人們?nèi)匀狈σ环N能在更高溫度下，甚至是在室溫下“施展魔法”的超導(dǎo)材料。找到或制造出這樣的材料，可能會(huì)改變從計(jì)算機(jī)、手機(jī)到電網(wǎng)、交通的大部分現(xiàn)代科技。本研究中的非常規(guī)界面超導(dǎo)材料可謂另辟蹊徑，給該研究領(lǐng)域開(kāi)辟出一條新路，而其展現(xiàn)的獨(dú)特的量子態(tài)，也有望成為量子計(jì)算機(jī)的絕佳構(gòu)件。