量子计算机突破很酷的超导材料自然保持量子态

薛定谔的猫是一个著名的关于量子理论的思想实验，把一直猫放入盒子里，盒子里还有少量放射性有毒物质，有50%的概率放射性物质发生衰变放出毒气杀死这只猫，还有50%概率没有发生衰变猫幸存下来。如果我们不打开盖子，就无法确定猫是死是活，这样它就处于生与死的叠加态。

量子计算机长期以来一直是个激动人心的概念，它能够将数据存储在同时具有两种状态的量子比特上，但想要实现量子计算的应用却一直被搁置。尽管诸如谷歌之类的公司都会以量子研究的领先优势为荣，并且人们猜测这种技术可以实现从密码学到制药等领域的技术飞跃，但由于该技术的物理局限性，广泛使用量子计算机的现实一直停滞不前。

现在来自约翰霍普金斯大学的研究人员发现了一种材料，这种材料可能会加速制造这些神秘的机器的制造。

该团队的研究描述了这样一种超导材料的存在, 它的的名称叫做β-Bi2Pd，它自然存在于一个量子态，而无需为了达到这样的效果而附加磁场影响。作者写道，这种材料的低维护性和稳定性使它成为设计量子系统的完美候选者。该研究由约翰霍普金斯大学的物理学发表在10月11日的《科学》杂志上。

该研究的第一作者李宇凡表示，他们们发现这种超导材料含有特殊的特性，可能成为未来技术的基石。β-Bi2Pd环已经存在于理想状态,不需要任何额外的修改工作。这可能会改变未来科技的游戏规则。传统计算机使用比特信息进行操作，它们在特定时间只能表示为零或一两个状态。而量子计算机通过使用量子比特来加速计算过程，量子位可以同时表示0和1。在物理学中，这种对偶性被称为叠加。

这种超导材料的特殊之处在于，它作为基态时所处的独特状态，或者说是在没有其他力作用于它时所处的独特状态。而其他超导材料则是通过外部磁场或能量维持的“量子自旋液体”来强制维持量子态。研究人员发现,这种超导材料自然存在于量子叠加中, 其中电流可以在材料环上同时顺时针和逆时针流动，这一发现实现了物理学家在80年代对半量子磁通量(HQFs)的预测。

科学家报告了对于超导b-Bi2Pd薄膜介观环中半整数磁通量量子化的观察结果。半量子流态在超导临界温度的量子振荡中表现为p相移。该结果验证了b-Bi2Pd的非常规超导性，并与自旋三重态对对称性相一致。该发现可能对通量量子比特在量子计算的背景下很有意义。

从理论上讲，这种材料的特性使其成为量子计算机系统的完美候选者。它将使通量量子比特的设计比以往任何时候都更加实用。这一发现将意味着使用通量量子位元的量子计算机制造商在设备设计上将会面临革命性变化，那些已经走上其他设计路径的人现在可能会发现通量量子比特元更有吸引力。

有一种量子计算机被称为拓扑量子计算机，它使用跳舞的二维准粒子，又称奇异粒子，在时空中形成类似编织的结构，从而很容易形成计算机的逻辑门。为了确定他们的超导材料在这些条件下的公平性，李宇凡表示未来的研究将集中在寻找一种独特的粒子的存在，即马约阿纳费米子，它同时作为自己的反粒子存在。虽然马约阿纳费米子目前只是理论上的，但它们对于量子计算的发展大有希望。李宇凡在新闻发布会上说: 最终的目标是找到并操纵马略阿纳费米子，这是实现容错量子计算、真正释放量子力学力量的关键。

与许多科学进步一样，这一发现不太可能成为真正启动量子计算时代的多米诺骨牌，但它似乎是朝着找到更可持续和可复制的量子问题解决方案迈出的有希望的一步。

文章来源：《电脑与信息技术》 网址: http://www.dnyxxjs.cn/zonghexinwen/2021/0309/991.html