薛定諤的超導材料能同時自然穩定在兩種狀態

2019年10月14日 14:44 次閱讀 稿源:cnBeta.COM 條評論

據外媒New Atlas報道,由于量子計算機能夠將數據存儲在可以同時存在于兩種狀態的“量子比特”上,因此有一天,其潛力有可能遠遠超過傳統計算機。從理論上講,這聽起來不錯,但是在實踐中,很難制造出能夠做到這一點并長時間保持穩定的材料。現在,約翰·霍普金斯大學的研究人員發現了一種超導材料,它自然而然地停留在兩種狀態,這可能是邁向量子計算機的重要一步。

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我們當前的計算機是建立在二進制系統上的。這意味著它們將信息存儲和處理為二進制“位”(一系列的1和0)。這個系統此前一直運作良好,但是近年來計算機的總體發展速度開始放緩。

量子計算機可以扭轉這種趨勢。關鍵是使用量子比特,量子比特可以同時將數據存儲為1、0或0與1可同時計算,這與薛定諤著名的思想實驗相同。使用這種額外的功能,量子計算機將能夠在涉及大量數據的任務(例如人工智能,天氣預報和藥物開發)上勝過傳統計算機。

問題是,常規計算機制造的材料在其舒適范圍之外無法很好地工作。到目前為止,實用量子計算機的大多數進步已經使用超導體完成。為了使規則的超導體同時保持兩個狀態的疊加,需要對每個量子比特分別施加非常精確的外部磁場。

但是現在,該團隊發現了一種可以自然保持疊置而不需要任何外部磁場的材料。這種材料稱為β-Bi2Pd,當制成環形時,就成為通量量子比特。這意味著電流可以同時順時針和逆時針流動。

該研究的第一作者李宇凡(音譯)說:“我們已經發現某種超導材料具有特殊的特性,這些特性可能成為未來技術的基礎。β-Bi2Pd環已經處于理想狀態,不需要任何其他修飾即可工作。 這可能會改變游戲規則。”

盡管這項發現很有趣,但研究人員說,這只是邁向實用量子計算機的一步。還有另外一個缺失的成分-被稱為馬約拉納費米子的假想粒子,它的反粒子就是它本身。通過編碼一對在材料中分離的馬約拉納費米子,人們認為它們足夠穩定,可以防止數據在量子計算機中丟失。

問題是,到目前為止,馬約拉納費米子的性質僅在“準粒子”中被檢測到,“準粒子”是由其他粒子的運動引起的,但它們本身并不是“真實”粒子。可以將它們想像成飲料中的氣泡-可以清晰地觀察和測量它們,但它們是通過其他顆粒的相互作用而產生的。馬約拉納費米子本身尚未被發現為顆粒,但據信它們隱藏在某種類型的超導材料中。在他們的測試中,研究人員發現β-Bi2Pd薄膜是正確的材料類型,這意味著下一步實際上是在材料中尋找粒子。

李宇凡說道:“最終的目標是找到并操縱馬約拉納費米子,這對于實現容錯量子計算以真正釋放量子力學的能力至關重要。”

該研究發表在《科學》雜志上。

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