下一代量子计算的材料
爱尔兰科克大学 （UCC） 的科学家们开发了一种强大的新工具，用于寻找大规模、容错量子计算所需的下一代材料。 这一重大突破意味着，研究人员首次找到了一种方法可以一劳永逸地确定一种材料是否可以有效地用于某些量子计算微芯片。 的主要发现今天已发表在学术期刊《科学》上，并且是大型国际合作的成果，其中包括 Prof. 加州大学伯克利分校的 Dung-Hai Lee 教授，以及圣华盛顿大学的 Sheng Ran 和 Johnpierre Paglione 教授的材料合成。 分别是 Louis 和马里兰大学。 使用全球仅三个实验室发现的设备，位于 UCC 的 Davis Group 的研究人员能够明确确定二碲化铀 （UTe2），即已知的超导体，具有成为本征拓扑超导体所需的特性。 一种拓扑超导体是一种独特的材料，在其表面承载着名为马约拉纳费米子的新量子粒子。 从理论上讲，它们可用于稳定存储量子信息，而不会受到困扰当前量子计算机的噪声和无序的干扰。 几十年来，物理学家一直在寻找一种本征拓扑超导体，但从未出现过任何材料Discovered 已经满足了所有要求。 自 2019 年被发现以来， UTe2 一直被认为是本征拓扑超导的有力候选材料，但直到现在还没有研究明确评估其适用性。 使用扫描隧道显微镜 （STM），该显微镜以 UCC 量子物理学教授 Séamus Davis 发明的新模式运行，该团队由 Davis Group 的博士研究员 Joe Carroll 和居里夫人博士后 Kuanysh Zhussupbekov 领导的团队研究员，能够一劳永逸地得出结论 UTe2 是否是正确的拓扑超导体。 使用“Andreev”STM进行的实验——仅在 Prof. 戴维斯在科克的实验室、英国牛津大学和纽约康奈尔大学的实验室发现，UTe2 确实是一种本征拓扑超导体，但并不完全是物理学家一直在寻找的那种。 然而，首创的实验本身就是一个突破。 当被问及实验时 卡罗尔这样描述：“传统上，研究人员通过使用金属探针进行测量来寻找拓扑超导体。 他们这样做是因为金属是简单的材料，所以它们在实验中基本上没有作用。 我们技术的新之处在于，我们使用另一种超导体来探测 UTe2 的表面。 通过这样做，我们从测量中排除了法向表面电子，只留下马约拉纳费米子。 Carroll 进一步强调，这项技术将使科学家能够直接确定其他材料是否适合拓扑量子计算。 量子计算机能够在几秒钟内回答当前一代计算机需要数年才能解决的复杂数学问题。 目前，世界各地的政府和公司都在竞相开发具有越来越多的量子比特的量子处理器，但这些量子计算阻碍了重大进展。 今年早些时候，Microsoft 宣布推出 Majorana 1，该公司表示这是“世界上第一个由拓扑核心提供支持的量子处理单元 （QPU）”。 Microsoft 解释说，为了实现这一进步，需要基于精心设计的常规材料堆栈的合成拓扑超导体。 然而，戴维斯小组的新工作意味着科学家现在可以找到单个材料来取代这些复杂的电路，可能会提高量子处理器的效率，并允许在单个芯片上容纳更多的量子比特，从而使我们更接近下一代量子计算。