非常规界面超导体研制成功
发布时间: 2024-08-29 09:54:28
全新超导体材料可用于量子计算组件。图片来源：物理学家组织网
科技日报北京8月28日电（记者张梦然）美国加州大学河滨分校领导的多机构团队研制出一种新型非常规界面超导材料。该材料可用于量子计算，并成为“拓扑超导体”的候选材料。研究成果发表在新一期《科学进展》杂志上。
拓扑超导体利用电子或空穴的非定域状态（空穴的行为类似于带正电荷的电子），以稳健的方式传输量子信息和处理数据。
研究团队将三方碲（一种非磁性的手性材料）与在金薄膜表面产生的表面态超导体结合在一起，并在界面上观察到了具有明确自旋极化的量子态。自旋极化允许激发态潜在地用于创建自旋量子比特。
团队在手性材料和金之间创建一个非常干净的界面，进而开发出了二维界面超导体。界面超导体是独一无二的，因为它存在于一个自旋能量比传统超导体高出6倍的环境中。界面超导体在磁场下发生转变，在高场下比在低场下更为稳健，这表明它能转变为在磁场下更稳定的“三重态超导体”。
通过与美国国家标准与技术研究所的合作，团队发现，这种包含异质结构金和铌薄膜的超导体可自然地抑制由铌氧化物等材料缺陷引起的退相干源，而退相干源是铌超导体面临的一个常见挑战。研究表明，这种超导体可制成高品质、低损耗的微波谐振器，品质因数可达100万。
团队表示，他们使用的材料比量子计算行业通常使用的材料薄一个数量级。低损耗微波谐振器是量子计算的关键组件，可实现低损耗超导量子比特。而量子计算的最大挑战正是减少量子比特系统中的退相干或量子信息损失。
与以前需要磁性材料的方法不同，新方法使用非磁性材料来获得更清洁的界面。这种材料可能会成为开发更具可扩展性和可靠性的量子计算组件的候选材料。
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