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薛定谔的超导材料能同时自然稳定在两种状态

2019-12-01 10:06:30| 查看: 4828

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据国外媒体新地图集报道,量子计算机可以将数据存储在同时存在于两种状态的“量子位”上,因此有一天它们的潜力可能远远超过传统计算机。理论上,这听起来不错,但在实践中,很难生产出能做到这一点并长期保持稳定的材料。现在,约翰·霍普金斯大学的研究人员发现了一种超导材料,它可以自然地保持在两种状态,这可能是迈向量子计算机的重要一步。

我们目前的计算机是建立在二进制基础上的。这意味着它们以二进制“位”(一系列1和0)的形式存储和处理信息。这个系统以前一直运行良好,但近年来计算机的整体发展速度已经放缓。

量子计算机可以扭转这一趋势。关键是使用量子位,它可以同时存储1、0或0和1的数据,这与薛定谔著名的思想实验相同。有了这一附加功能,量子计算机将能够在涉及大量数据的任务中胜过传统计算机,例如人工智能、天气预报和药物开发。

问题是由传统电脑制造的材料在它们的舒适区之外不能很好地工作。迄今为止,实用量子计算机的大部分进展都是利用超导体取得的。为了保持正常超导体中两种状态的叠加,有必要对每个量子位施加非常精确的外部磁场。

但是现在,该团队发现了一种材料,它可以在没有任何外部磁场的情况下自然保持堆叠状态。这种材料叫做β-bi2pd。当它被制成一个环时,它就变成了通量量子位。这意味着电流可以同时顺时针和逆时针流动。

该研究的第一作者李于凡说:“我们发现某些超导材料具有特殊的特性,这可能成为未来技术的基础。β-bi2pd环已经处于理想状态,无需任何其他修改即可工作。这可能会改变游戏规则。”

尽管这一发现很有趣,研究人员说这只是迈向实用量子计算机的一步。还有另一个缺失的成分——一种被称为马约纳费米子的假想粒子,它的反粒子就是它自己。通过对材料中分离的一对蛋黄酱费米子进行编码,人们认为它们足够稳定,可以防止量子计算机中的数据丢失。

问题是,到目前为止,蛋黄酱费米子的性质只在“准粒子”中被检测到,这些准粒子是由其他粒子的运动引起的,但它们本身不是“真实的”粒子。它们可以被认为是饮料中的气泡——它们可以被清楚地观察和测量,但是它们是由其他粒子的相互作用产生的。也许纳米粒子本身还没有被发现为粒子,但是它们被认为隐藏在某种超导材料中。在他们的测试中,研究人员发现β-bi2pd薄膜是正确的材料类型,这意味着下一步实际上是在材料中寻找粒子。

李于凡说:“最终目标是找到并操纵马约纳费米子,这对实现容错量子计算以真正释放量子力学至关重要。”

这项研究发表在《科学》杂志上。

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