薛定谔的超导材料能同时自然稳定在两种状态

2019年10月14日 14:44 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒New Atlas报道,由于量子计算机能够将数据存储在可以同时存在于两种状态的“量子比特”上,因此有一天,其潜力有可能远远超过传统计算机。从理论上讲,这听起来不错,但是在实践中,很难制造出能够做到这一点并长时间保持稳定的材料。现在,约翰·霍普金斯大学的研究人员发现了一种超导材料,它自然而然地停留在两种状态,这可能是迈向量子计算机的重要一步。

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我们当前的计算机是建立在二进制系统上的。这意味着它们将信息存储和处理为二进制“位”(一系列的1和0)。这个系统此前一直运作良好,但是近年来计算机的总体发展速度开始放缓。

量子计算机可以扭转这种趋势。关键是使用量子比特,量子比特可以同时将数据存储为1、0或0与1可同时计算,这与薛定谔著名的思想实验相同。使用这种额外的功能,量子计算机将能够在涉及大量数据的任务(例如人工智能,天气预报和药物开发)上胜过传统计算机。

问题是,常规计算机制造的材料在其舒适范围之外无法很好地工作。到目前为止,实用量子计算机的大多数进步已经使用超导体完成。为了使规则的超导体同时保持两个状态的叠加,需要对每个量子比特分别施加非常精确的外部磁场。

但是现在,该团队发现了一种可以自然保持叠置而不需要任何外部磁场的材料。这种材料称为β-Bi2Pd,当制成环形时,就成为通量量子比特。这意味着电流可以同时顺时针和逆时针流动。

该研究的第一作者李宇凡(音译)说:“我们已经发现某种超导材料具有特殊的特性,这些特性可能成为未来技术的基础。β-Bi2Pd环已经处于理想状态,不需要任何其他修饰即可工作。 这可能会改变游戏规则。”

尽管这项发现很有趣,但研究人员说,这只是迈向实用量子计算机的一步。还有另外一个缺失的成分-被称为马约拉纳费米子的假想粒子,它的反粒子就是它本身。通过编码一对在材料中分离的马约拉纳费米子,人们认为它们足够稳定,可以防止数据在量子计算机中丢失。

问题是,到目前为止,马约拉纳费米子的性质仅在“准粒子”中被检测到,“准粒子”是由其他粒子的运动引起的,但它们本身并不是“真实”粒子。可以将它们想像成饮料中的气泡-可以清晰地观察和测量它们,但它们是通过其他颗粒的相互作用而产生的。马约拉纳费米子本身尚未被发现为颗粒,但据信它们隐藏在某种类型的超导材料中。在他们的测试中,研究人员发现β-Bi2Pd薄膜是正确的材料类型,这意味着下一步实际上是在材料中寻找粒子。

李宇凡说道:“最终的目标是找到并操纵马约拉纳费米子,这对于实现容错量子计算以真正释放量子力学的能力至关重要。”

该研究发表在《科学》杂志上。

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