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非常规超导体可用于制造未来的量子计算机

由于它们对退相干不敏感,所谓的Majorana粒子可能成为量子计算机的稳定构建块。问题是它们只在非常特殊的情况下才会发生。现在,查尔姆斯理工大学的研究人员成功地制造了一种能够容纳广受欢迎的颗粒的组件。

世界各地的研究人员都在努力构建量子计算机。其中一个重大挑战是克服量子系统对退相干的敏感性,叠加的崩溃。因此,量子计算机研究中的一条轨道是利用所谓的Majorana粒子,也称为Majorana费米子。微软还致力于开发这种类型的量子计算机。

Majorana费米子是高度原始的颗粒,与构成我们周围材料的那些完全不同。在高度简化的术语中,它们可以被视为半电子。在量子计算机中,想法是将信息编码在一对Majorana费米子中,这些费米子在材料中分离,原则上应该使计算免于退相干。

那你在哪里找到Majorana费米子?

在固态材料中,它们似乎只出现在所谓的拓扑超导体中 - 一种新型超导体,它是如此新颖和特殊,在实践中几乎找不到。但是,查尔姆斯理工大学的一个研究小组现在是世界上第一个提交结果的研究小组,表明他们已经成功地制造了拓扑超导体。

“我们的实验结果与拓扑超导性一致,”Chalmers量子器件物理实验室教授Floriana Lombardi说。

为了制造非传统的超导体,他们开始使用由碲化铋Be2Te3制成的拓扑绝缘体。拓扑绝缘体主要只是一个绝缘体 - 换句话说它不传导电流 - 但它在表面上以非常特殊的方式传导电流。研究人员在顶部放置了一层传统的超导体,在这种情况下是铝,在真正的低温下完全没有电阻地传导电流。

“超导电子然后泄漏到拓扑绝缘体中,这也是超导体,”量子器件物理学副教授Thilo Bauch解释道。

然而,初始测量均表明它们仅具有在Bi2Te3拓扑绝缘体中诱导的标准超导性。但是当他们稍后再次冷却元件时,为了经常重复一些测量,情况突然改变 - 超导电子对的特性在不同方向上变化。

“这与传统的超导性完全不相容。突然出现意外和令人兴奋的事情,”Lombardi说。

与其他研究团队不同,Lombardi的团队使用铂金将铝与拓扑绝缘体组装在一起。重复的冷却循环会在材料中产生应力(见下图),这会导致超导性改变其性能。

经过一段时间的深入分析后,研究团队确定他们已经成功地创建了拓扑超导体。

“对于实际应用,这些材料主要是那些试图构建拓扑量子计算机的人所感兴趣的。我们自己想探索隐藏在拓扑超导体中的新物理 - 这是物理学的新篇章,”Lombardi说。

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