先进的容错量子计算机,更接近普及:普通民众的通用量子计算!

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先进的容错量子计算机,更接近普及:普通民众的通用量子计算!

约翰·霍普金斯大学科学家现发表在《物理评论快报》期刊上的一项新研究中报告称:先进的容错量子计算机可能比科学家预测的更接近普及。研究人员以他们之前的研究为基础,寻找被称为具有自旋三重态配对的超导体基本材料块,这种材料被认为是非常罕见的。自旋三重态配对的罕见性质可以产生一种名为马约拉纳费米子(Majorana Fermions)的奇异电子态。

马约拉纳费米子可以用作容错量子比特,这是未来量子计算机的基本工作单元,可能最终取代谷歌和IBM正在开发易受噪音影响的量子计算机原型。一个主要的障碍是三线对超导材料的稀缺性,让事情变得更加困难的是,超导电性及其潜在的配对机制被认为是无法计算或预测的少数几个物理性质,这是出了名的难。材料的寻找必须在很大程度上以艰苦的反复试验的方式进行,而不受任何理论指导的影响。

这一新发现集中在一种特殊类型的晶体上,即非中心对称超导体。与大多数表现出反转对称性的常见晶体材料不同,也就是说,晶体结构与其反转图像无法区分,这类特殊的材料打破了反转对称,显示出有别于其自身的反转图像。据预测,这种低对称性表明存在难以捉摸的自旋-三重态配对。这些“低对称性”材料构成了一个潜在丰富的量子计算机建造材料矿藏。然而,在这些晶体中缺乏自旋-三重态配对的决定性证据。

霍普金斯大学研究人员使用一种新的实验方法,检验了这种超导体的原型--α-BiPd。实验发现,在α-BiPd的多晶环中存在非常不寻常的磁通量半整数量子化,这构成了自旋-三重态配对的确凿证据。这一新发现描绘了一个充满希望和鼓舞人心的未来,因为更多的材料将从低对称性的材料中涌现出来。丰富的材料组合可以加速容错量子计算机的发展,在更远的未来,将迎来可以惠及普通民众的通用量子计算。

寻找自旋三重态配对和拓扑超导材料的质数类别是没有反转对称性的超导体,研究预测宇称对称性的破缺,将导致自旋三重态和自旋单重态配对态的混合。然而,在任何材料中配对混合的实验确认仍然难以捉摸。研究进行了一个相敏实验来研究非中心对称超导体的配对态。在α-BiPd介观多晶中观察到的Little-Parks效应,α-BiPd环揭示了半整数磁通量子化的存在,这为自旋-三重态配对态的存在提供了决定性证据。

博科园|研究/来自:约翰·霍普金斯大学

参考期刊《物理评论快报》

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