科学家或已找到量子计算的“圣杯”

科学家可能发现了一种长期寻找的三重态超导体——一种能够在零电阻状态下同时传输电流和电子自旋的材料。这一特性有望大幅稳定量子计算机,同时显著降低其能耗。早期实验表明,铌铼合金展现出与任何传统超导体截然不同的特性。若经证实,它将成为下一代量子技术与自旋电子技术的基石。

"三重态超导体是许多从事固态物理学领域研究的 physicists 愿望清单上的重中之重," 雅各布·林德教授说。

林德是挪威科技大学 (NTNU) 物理系的物理学家,他在 QuSpin 工作——这是一个汇集了该大学一些顶尖研究人員的研究中心。

"三重态超导体材料是量子技术,更具体地说是量子计算领域的一种'圣杯'," 林德解释道。

世界各地的研究人员都渴望证实这类材料的存在。现在,林德和他的团队相信他们可能已经接近目标了。

"我们认为我们可能已经观测到了一个三重态超导体," 林德教授说。

如果得到验证,这一发现将代表量子科学向前迈进了重要一步。

利用自旋稳定量子技术

林德的研究重点是量子材料及其在自旋电子学和先进量子器件中的潜在应用。自旋电子学依赖于自旋(电子的一个基本属性),以不同于当今传统电子学的方式携带和处理信息。

自旋也可以在量子技术中发挥重要作用,尤其是与超导体结合时。然而,最大的障碍之一是不稳定性。

"当今量子技术的主要挑战之一是找到一种以足够高精度执行计算机运算的方法," 林德解释道。

三重态超导体可能有助于解决这个问题。

林德与意大利的实验合作者共同撰写了一项研究,发表在《物理评论快报》上。该论文被选为该期刊编辑推荐论文之一。

 

"三重态超导体使许多不寻常的物理现象成为可能。这些现象在量子技术和自旋电子学中具有重要应用," 林德说。

传统超导体 vs 三重态超导体

传统超导体允许电流无 measurable 电阻地流动。实际上,这意味着电流可以在不因热量而损失能量的情况下移动。虽然非常有用,但传统超导体有其局限性。

传统超导体被称为'单重态超导体'。简单来说,这意味着超导粒子不携带自旋。

三重态超导体则不同,因为它们的超导粒子确实携带自旋。

那么,这为什么重要呢?

"三重态超导体具有自旋这一事实带来了一个重要结果。我们现在不仅可以传输电流,还可以以 absolutely 零电阻传输自旋电流," 林德解释道。

这种能力使得利用自旋在没有任何能量损失的情况下传输信息成为可能。反过来,极快的计算机可以几乎不耗电运行。

NbRe 合金显示出希望的迹象

"在我们发表的文章中,我们证明了 NbRe 材料表现出的特性与三重态超导性一致," 林德说。

NbRe 是一种铌-铼合金,这两种元素都是稀有金属。

"要最终断定该材料是否就是三重态超导体还为时过早。其中,这一发现必须得到其他实验小组的验证。同时,也有必要进行进一步的三重态超导性测试," 林德解释道。

尽管如此,结果还是令人鼓舞的。

"我们的实验研究表明,该材料的行为与我们对于传统单重态超导体的预期完全不同," 林德补充道。

7 开尔文下的超导性

"这种材料的另一个优点是它在相对较高的温度下表现出超导性," 林德说,尽管在这个领域什么算作"高温"可能听起来令人惊讶。

在这里,"高温"指的是 7 开尔文 (K),仅略高于绝对零度(-273.15 摄氏度)。在超导世界里,这算是相对温暖的了。其他潜在的三重态超导体需要接近 1K 的温度,这使得 7K 更加实用和可实现。

总的来说,NTNU 的这些发现表明,人们长期寻求的三重态超导体可能终于触手可及了。