科技日報記者 張夢然
美國加州大學河濱分校領導的多機構團隊研制出一種新型非常規(guī)界面超導材料。該材料可用于量子計算，并成為“拓撲超導體”的候選材料。研究成果發(fā)表在新一期《科學進展》雜志上。
拓撲超導體利用電子或空穴的非定域狀態(tài)（空穴的行為類似于帶正電荷的電子），以穩(wěn)健的方式傳輸量子信息和處理數(shù)據(jù)。
研究團隊將三方碲（一種非磁性的手性材料）與在金薄膜表面產(chǎn)生的表面態(tài)超導體結合在一起，并在界面上觀察到了具有明確自旋極化的量子態(tài)。自旋極化允許激發(fā)態(tài)潛在地用于創(chuàng)建自旋量子比特。
團隊在手性材料和金之間創(chuàng)建一個非常干凈的界面，進而開發(fā)出了二維界面超導體。界面超導體是獨一無二的，因為它存在于一個自旋能量比傳統(tǒng)超導體高出6倍的環(huán)境中。界面超導體在磁場下發(fā)生轉變，在高場下比在低場下更為穩(wěn)健，這表明它能轉變?yōu)樵诖艌鱿赂€(wěn)定的“三重態(tài)超導體”。
通過與美國國家標準與技術研究所的合作，團隊發(fā)現(xiàn)，這種包含異質(zhì)結構金和鈮薄膜的超導體可自然地抑制由鈮氧化物等材料缺陷引起的退相干源，而退相干源是鈮超導體面臨的一個常見挑戰(zhàn)。研究表明，這種超導體可制成高品質(zhì)、低損耗的微波諧振器，品質(zhì)因數(shù)可達100萬。
團隊表示，他們使用的材料比量子計算行業(yè)通常使用的材料薄一個數(shù)量級。低損耗微波諧振器是量子計算的關鍵組件，可實現(xiàn)低損耗超導量子比特。而量子計算的最大挑戰(zhàn)正是減少量子比特系統(tǒng)中的退相干或量子信息損失。
與以前需要磁性材料的方法不同，新方法使用非磁性材料來獲得更清潔的界面。這種材料可能會成為開發(fā)更具可擴展性和可靠性的量子計算組件的候選材料。
總編輯圈點
超導體的魅力之大，自其發(fā)現(xiàn)以來的一個世紀里，一直令科學家孜孜以求。但人們?nèi)匀狈σ环N能在更高溫度下，甚至是在室溫下“施展魔法”的超導材料。找到或制造出這樣的材料，可能會改變從計算機、手機到電網(wǎng)、交通的大部分現(xiàn)代科技。本研究中的非常規(guī)界面超導材料可謂另辟蹊徑，給該研究領域開辟出一條新路，而其展現(xiàn)的獨特的量子態(tài)，也有望成為量子計算機的絕佳構件。
