新型量子可视化技术助力遴选新一代量子计算材料

这一重大突破意味着，研究人员首次找到了最终判定某种材料能否有效用于特定量子计算微芯片的方法。

主要研究成果今日发表于学术期刊《科学》（Science），这是一项大型国际合作的结果，其中包括加州大学伯克利分校李东海教授的关键理论工作，以及圣路易斯华盛顿大学盛冉教授和马里兰大学Johnpierre Paglione教授分别负责的材料合成工作。

位于科克大学（UCC）戴维斯研究组的研究人员，利用全球仅三个实验室拥有的设备，最终确定了已知超导体二碲化铀（UTe₂）是否具备作为本征拓扑超导体所需的特性。

拓扑超导体是一种独特材料，其表面承载着名为马约拉纳费米子的新型量子粒子。理论上，这些粒子可用于稳定存储量子信息，而不会受到当前困扰量子计算机的噪声和无序态干扰。数十年来，物理学家一直在寻找本征拓扑超导体，但迄今发现的材料均未能满足所有条件。

UTe₂自2019年发现以来，一直被视为本征拓扑超导体的强候选材料，但此前未有研究能明确评估其适用性——直至本次突破。

科克大学量子物理学教授Séamus Davis发明了一种新型扫描隧道显微镜（STM）操作模式。由戴维斯研究组博士生Joe Carroll和玛丽·居里博士后研究员Kuanysh Zhussupbekov领导的团队，借助该技术最终确定了UTe₂是否属于目标类型的拓扑超导体。

使用"安德烈夫"扫描隧道显微镜（该设备仅存在于Davis教授位于科克、英国牛津大学和美国康奈尔大学的实验室）进行的实验发现：UTe₂确为本征拓扑超导体，但其类型与物理学家长期寻找的目标并非完全一致。

然而，这项开创性实验本身就是一项重大突破。

当被问及实验价值时，Carroll先生如此描述："传统上研究人员使用金属探针进行测量来寻找拓扑超导体。之所以如此，是因为金属是简单材料，本质上不会干扰实验结果。我们技术的创新之处在于使用另一种超导体来探测UTe₂表面。通过这种方法，我们将普通表面电子排除在测量之外，仅留下马约拉纳费米子信号。"

Carroll进一步强调，该技术将使科学家能直接判定其他材料是否适用于拓扑量子计算。

量子计算机有能力在数秒内解决当前计算机需耗时数年才能完成的复杂数学问题。当前，全球政府和企业正竞相开发具有更多量子比特的量子处理器，但量子计算固有的脆弱性正阻碍重大进展。

今年早些时候，微软发布了Majorana 1处理器，该公司称其为"全球首个由拓扑核心驱动的量子处理单元（QPU）"。

微软解释称，实现这一突破需要基于精心设计的传统材料堆栈合成拓扑超导体。

然而戴维斯研究组的新成果意味着，科学家如今可以寻找单一材料替代这些复杂回路，这将有望提升量子处理器效率，在单芯片上集成更多量子比特，从而推动我们更接近下一代量子计算。