稀有三重態超導體發現為穩定量子計算提供終極關鍵

挪威科技大學的研究人員表示，NbRe可能是一種三重態超導體，能夠為量子技術實現零電阻自旋輸運。

挪威科技大學的科學家們相信，他們可能觀察到了一種長期尋覓的超導形式，它可以使量子計算機更穩定，并顯著提高能效。

該團隊由挪威科技大學物理系和QuSpin研究中心的雅各布·林德教授領導，報告了合金NbRe表現得像三重態超導體的證據。

如果得到證實，這一發現可能為基于自旋的電子學和量子技術開辟新的道路。

"三重態超導體是許多從事固態物理學研究的物理學家愿望清單上的重中之重，"雅各布·林德教授說。

他補充道，三重態超導體材料是量子技術，更具體地說是量子計算領域的一種"圣杯"。

傳統的超導體，被稱為單重態超導體，可以無電阻地傳輸電流。

但它們內部的配對粒子不攜帶自旋。這限制了它們在依賴控制自旋而非電荷的自旋電子學和量子系統中的應用。

零電阻自旋輸運

三重態超導體之所以不同，是因為它們的超導粒子攜帶自旋。

據林德稱，"三重態超導體具有自旋這一事實帶來了一個重要結果。我們現在不僅可以在零電阻下傳輸電流，還可以傳輸自旋電流。"

這很重要，因為自旋是電子的基本屬性，可用于編碼和傳輸信息。

自旋電子學的目標是用自旋代替電荷來處理信號，從而可能減少能源消耗并提高速度。

"當今量子技術的主要挑戰之一是找到一種以足夠高精度執行計算機運算的方法，"林德解釋道。

不穩定性與誤差仍然是擴大量子計算機規模的主要障礙。能夠支持無損耗自旋輸運的材料可能有助于解決這個問題。

研究人員與意大利的實驗物理學家合作，測試了NbRe，一種鈮-錸合金。

他們的測量表明，這種材料的行為與人們對傳統單重態超導體的預期不同。

"在我們發表的文章中，我們證明了NbRe材料展現出的特性與三重態超導性相符，"林德說。

他提醒說，在得出確切結論之前，還需要做更多工作。"現在要最終確定該材料是否為三重態超導體還為時過早。

其中，這一發現必須得到其他實驗組的驗證。此外，進行進一步的三重態超導性測試也是必要的，"他說。

馬約拉納路徑與前景

三重態超導體還與被稱為馬約拉納粒子的奇異粒子有關。馬約拉納粒子是它自身的反粒子，被視為構建更穩定量子比特的希望所在。

這類粒子可能使得量子計算對環境噪聲不那么敏感。

NbRe的另一個優勢是其工作溫度。這種材料在大約7開爾文的溫度下變得具有超導性。

雖然溫度仍然極低，但這明顯高于其他一些三重態候選材料所需的大約1開爾文的溫度，使得實驗更具可行性。

"我們的實驗研究表明，這種材料的行為與我們預期中的傳統單重態超導體完全不同，"林德補充道。

如果獨立團隊證實了這一結果，NbRe可能成為下一代量子設備中結合超導性和自旋電子學的關鍵平臺。

該研究結果已發表在《物理評論快報》上。

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