其他
超导新时代：二碲化铀如何塑造量子计算？
光子盒研究院
科克大学学院（University College Cork）的科学家在二碲化铀中发现了一种独特的超导状态，这可能会为更稳定、更高效的量子计算机铺平道路。这一突破性发现为量子计算面临的最重大挑战之一提供了潜在的解决方案，标志着该领域向前迈出了一大步。
科克大学学院（UCC）宏观量子物质小组实验室的研究人员在一种新型、不寻常的超导体二碲化铀（UTe2）中发现了一种空间调制超导状态。这种新型超导体可能为量子计算的最大挑战之一提供解决方案。
他们的发现最近发表在《自然》杂志上。
主要作者Joe Carroll是一名博士研究员，与 UCC 量子物理学教授Séamus Davis合作发表了这篇论文， Carroll解释了论文的主题。
“超导体是一种神奇的材料，具有许多奇特和不寻常的性质。最著名的是，它们能让电流以零电阻流动。也就是说，如果你将电流通过它们，它们不会开始发热，事实上，尽管承载着巨大的电流，它们也不会耗散任何能量。它们之所以能做到这一点，是因为在金属中移动的不是单个电子，而是结合在一起的成对电子。这些电子对共同形成了宏观量子力学流体。”
“我们的团队发现，一些电子对形成了一种新的晶体结构，嵌入到这种背景流体中。这些类型的状态是我们小组在2016年首次发现的，现在被称为电子对密度波。这些电子对密度波是一种新形式的超导物质，我们仍在探索其特性。”
“对我们来说，尤其令人兴奋的是，UTe2似乎是一种新型超导体。近 40 年来，物理学家一直在寻找这样一种材料。电子对似乎具有内在角动量。如果这是真的，那么我们探测到的就是第一个由这些奇异电子对组成的对密度波。”
当被问及这项工作的实际意义时，Carroll解释道：“有迹象表明，UTe2 是一种特殊类型的超导体，可能对量子计算产生巨大影响。”
“典型的经典计算机使用比特来存储和处理信息。量子计算机依靠量子比特或量子比特来完成同样的工作。现有量子计算机面临的问题是，每个量子比特必须处于两种不同能量的叠加状态：就像薛定谔的猫既可以被称为‘死’猫，也可以被称为‘活’猫。这种量子态很容易被破坏，坍缩到能量最低的状态——‘死’，从而切断任何有用的计算。”
“这给量子计算机的应用带来了巨大限制。然而，自从五年前发现UTe2以来，人们对它进行了大量研究，有证据表明它是一种超导体，可以作为拓扑量子计算的基础。在这种材料中，计算过程中的量子比特寿命不受限制，这为开发更稳定、更有用的量子计算机开辟了许多新途径。事实上，微软公司已经为拓扑量子计算投入了数十亿美元，因此这已经是一门成熟的理论科学。”
“社会各界一直在寻找的是一种相关的拓扑超导体：UTe2 似乎就是这种超导体。”
“我们的发现为UTe2提供了另一块拼图。要利用这样的材料进行应用，我们必须了解它们的基本超导特性。所有的现代科学都是循序渐进的。我们很高兴能为了解一种材料做出贡献，这种材料可能会让我们更接近更实用的量子计算机。”
参考链接：[1]https://www.nature.com/articles/s41586-023-05919-7[2]https://scitechdaily.com/a-new-era-of-superconductivity-how-uranium-ditelluride-could-shape-quantum-computing/[3]https://www.nature.com/articles/d41586-023-01996-w