科学家们使用世界上最强大的量子显微镜之一获得了一项可能对计算的未来产生重大影响的发现。

科克大学宏观量子物质组实验室的研究人员在一种新型且不寻常的超导体二碲化铀 (UTe 2 ) 中发现了空间调制超导态。这种新型超导体可能为量子计算面临的最大挑战之一提供解决方案。

他们的发现发表在著名的《自然》杂志上。

(资料图片)

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，他解释了本文的主题。

“超导体是令人惊奇的材料，具有许多奇怪和不寻常的特性。最著名的是它们允许电流以零电阻流动。也就是说，如果你让电流通过它们，它们不会开始升温，事实上，尽管承载着巨大的电流，它们也不会耗散任何能量。他们之所以能做到这一点，是因为我们不是单个电子在金属中移动，而是成对的电子结合在一起。这些电子对一起形成宏观量子力学流体。”

“我们的团队发现，一些电子对形成了一种嵌入背景流体中的新晶体结构。我们的团队于 2016 年首次发现了这些类型的状态，现在称为电子对密度波。这些对密度波是一种新形式的超导物质，我们仍在发现其特性。”

“对我们和更广泛的社区来说特别令人兴奋的是 UTe 2似乎是一种新型超导体。近 40 年来，物理学家一直在寻找类似的材料。电子对似乎具有内在角动量。如果这是真的，那么我们检测到的就是由这些奇异电子对组成的第一个对密度波。”

当被问及这项工作的实际意义时，卡罗尔先生解释道：

“有迹象表明 UTe 2是一种特殊类型的超导体，可能会对量子计算产生巨大影响。”

“典型的、经典的计算机使用比特来存储和操作信息。量子计算机依靠量子比特来完成同样的任务。现有量子计算机面临的问题是每个量子位必须处于两种不同能量的叠加状态 - 就像薛定谔的猫可以被称为“死”和“活”一样。这种量子态很容易通过塌陷到最低能量状态(“死亡”)而被破坏，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的限制。然而，自从五年前发现 UTe 2以来，人们对它进行了大量的研究，有证据表明它是一种超导体，可以用作拓扑量子计算的基础。在这种材料中，计算过程中量子位的寿命没有限制，为更稳定和有用的量子计算机开辟了许多新方法。事实上，微软已经在拓扑量子计算上投资了数十亿美元，因此这已经是一门成熟的理论科学。” 他说。

“社区一直在寻找一种相关的拓扑超导体;UTe 2似乎就是这样。”

“我们的发现为 UTe 2之谜提供了另一块线索。为了使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。所有现代科学都是一步步发展的。我们很高兴能够为理解一种材料做出贡献，这种材料可以让我们更接近更实用的量子计算机。”

研究与创新副校长 John F. Cryan 教授向科克大学宏观量子物质组实验室的研究团队表示祝贺：

“这一重要发现将对量子计算的未来产生重大影响。在接下来的几周内，该大学将推出 UCC 未来 - 未来量子和光子学，由 Seamus Davis 教授和宏观量子物质小组领导的研究，使用世界上最强大的显微镜之一，将在这一激动人心的项目中发挥至关重要的作用倡议。”

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