非常規界面超導體研制成功

全新超導體材料可用于量子計算組件。圖片來源：物理學家組織網

科技日報北京8月28日電（記者張夢然）美國加州大學河濱分校領導的多機構團隊研制出一種新型非常規界面超導材料。該材料可用于量子計算，并成為“拓撲超導體”的候選材料。研究成果發表在新一期《科學進展》雜志上。

拓撲超導體利用電子或空穴的非定域狀態（空穴的行為類似于帶正電荷的電子），以穩健的方式傳輸量子信息和處理數據。

研究團隊將三方碲（一種非磁性的手性材料）與在金薄膜表面產生的表面態超導體結合在一起，并在界面上觀察到了具有明確自旋極化的量子態。自旋極化允許激發態潛在地用于創建自旋量子比特。

團隊在手性材料和金之間創建一個非常干凈的界面，進而開發出了二維界面超導體。界面超導體是獨一無二的，因為它存在于一個自旋能量比傳統超導體高出6倍的環境中。界面超導體在磁場下發生轉變，在高場下比在低場下更為穩健，這表明它能轉變為在磁場下更穩定的“三重態超導體”。

通過與美國國家標準與技術研究所的合作，團隊發現，這種包含異質結構金和鈮薄膜的超導體可自然地抑制由鈮氧化物等材料缺陷引起的退相干源，而退相干源是鈮超導體面臨的一個常見挑戰。研究表明，這種超導體可制成高品質、低損耗的微波諧振器，品質因數可達100萬。

團隊表示，他們使用的材料比量子計算行業通常使用的材料薄一個數量級。低損耗微波諧振器是量子計算的關鍵組件，可實現低損耗超導量子比特。而量子計算的最大挑戰正是減少量子比特系統中的退相干或量子信息損失。

與以前需要磁性材料的方法不同，新方法使用非磁性材料來獲得更清潔的界面。這種材料可能會成為開發更具可擴展性和可靠性的量子計算組件的候選材料。