約翰·霍普金斯大學科學家現發表在《物理評論快報》期刊上的一項新研究中報告稱：先進的容錯量子計算機可能比科學家預測的更接近普及。研究人員以他們之前的研究為基礎，尋找被稱為具有自旋三重態配對的超導體基本材料塊，這種材料被認為是非常罕見的。自旋三重態配對的罕見性質可以產生一種名為馬約拉納費米子（Majorana Fermions）的奇異電子態。
馬約拉納費米子可以用作容錯量子比特，這是未來量子計算機的基本工作單元，可能最終取代谷歌和IBM正在開發易受噪音影響的量子計算機原型。一個主要的障礙是三線對超導材料的稀缺性，讓事情變得更加困難的是，超導電性及其潛在的配對機制被認為是無法計算或預測的少數幾個物理性質，這是出了名的難。材料的尋找必須在很大程度上以艱苦的反覆試驗的方式進行，而不受任何理論指導的影響。
這一新發現集中在一種特殊類型的晶體上，即非中心對稱超導體。與大多數表現出反轉對稱性的常見晶體材料不同，也就是說，晶體結構與其反轉圖像無法區分，這類特殊的材料打破了反轉對稱，顯示出有別於其自身的反轉圖像。據預測，這種低對稱性表明存在難以捉摸的自旋-三重態配對。這些“低對稱性”材料構成了一個潛在豐富的量子計算機建造材料礦藏。然而，在這些晶體中缺乏自旋-三重態配對的決定性證據。
霍普金斯大學研究人員使用一種新的實驗方法，檢驗了這種超導體的原型--α-BiPd。實驗發現，在α-BiPd的多晶環中存在非常不尋常的磁通量半整數量子化，這構成了自旋-三重態配對的確鑿證據。這一新發現描繪了一個充滿希望和鼓舞人心的未來，因為更多的材料將從低對稱性的材料中湧現出來。豐富的材料組合可以加速容錯量子計算機的發展，在更遠的未來，將迎來可以惠及普通民眾的通用量子計算。
尋找自旋三重態配對和拓撲超導材料的質數類別是沒有反轉對稱性的超導體，研究預測宇稱對稱性的破缺，將導致自旋三重態和自旋單重態配對態的混合。然而，在任何材料中配對混合的實驗確認仍然難以捉摸。研究進行了一個相敏實驗來研究非中心對稱超導體的配對態。在α-BiPd介觀多晶中觀察到的Little-Parks效應，α-BiPd環揭示了半整數磁通量子化的存在，這為自旋-三重態配對態的存在提供了決定性證據。
博科園｜研究/來自：約翰·霍普金斯大學
參考期刊《物理評論快報》
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