科学家们使用世界上最强大的量子显微镜之一发现了一个可能对未来计算产生重大影响的问题。科克大学学院（UCC）宏观量子物质小组实验室的研究人员在一种新型、不寻常的超导体二碲化铀（UTe2）中发现了一种空间调制超导状态。这种新型超导体可能为量子计算的最大挑战之一提供解决方案。

他们的发现最近发表在著名的《自然》杂志上。

乔-卡罗尔（Joe Carroll）是科克大学宏观量子物质小组实验室量子物理学教授塞缪斯-戴维斯（Séamus Davis）的一名博士研究员，也是一篇论文的第一作者，他发现了一种新型不寻常超导体二碲化铀（UTe2）中的空间调制超导状态。资料来源：Clare Keogh/UCC

突破性发现

第一作者乔-卡罗尔（Joe Carroll）是与 UCC 量子物理学教授塞缪斯-戴维斯（Séamus Davis）合作的博士研究员，他解释了论文的主题。

"超导体是一种神奇的材料，具有许多奇特和不寻常的性质。最著名的是，它们能让电流以零电阻流动。也就是说，如果你将电流通过它们，它们不会开始发热，事实上，尽管承载着巨大的电流，它们也不会耗散任何能量。 它们之所以能做到这一点，是因为在金属中移动的不是单个电子，而是结合在一起的成对电子。这些电子对共同形成了宏观量子力学流体"。

"我们的团队发现，一些电子对形成了一种新的晶体结构，嵌入到这种背景流体中。这些类型的状态是我们小组在2016年首次发现的，现在被称为电子对密度波。这些电子对密度波是一种新形式的超导物质，我们仍在探索其特性。"

"对我们和更广泛的群体来说，尤其令人兴奋的是，UTe2似乎是一种新型超导体。近 40 年来，物理学家一直在寻找这样一种材料。电子对似乎具有内在角动量。如果这是真的，那么我们探测到的就是第一个由这些奇异电子对组成的对密度波"。

对量子计算的实际影响

当被问及这项工作的实际意义时，卡罗尔先生解释道；

"有迹象表明，UTe2 是一种特殊的超导体，可能会对量子计算产生巨大影响。典型的经典计算机使用比特来存储和处理信息。量子计算机依靠量子比特或量子比特来完成同样的工作。现有量子计算机面临的问题是，每个量子比特必须处于两种不同能量的叠加状态--就像薛定谔的猫既可以被称为'死'猫，也可以被称为'活猫'。这种量子态很容易被破坏，坍缩到能量最低的状态--'死'--从而切断任何有用的计算。"

这给量子计算机的应用带来了巨大限制。然而，自从五年前发现UTe2以来，人们对它进行了大量研究，有证据表明它是一种超导体，可以作为拓扑量子计算的基础。在这种材料中，计算过程中的量子比特寿命不受限制，这为开发更稳定、更有用的量子计算机开辟了许多新途径。事实上，微软公司已经为拓扑量子计算投入了数十亿美元，因此这已经是一门成熟的理论科学。

"科学界一直在寻找的是一种相关的拓扑超导体；UTe2 似乎就是这种超导体。我们的发现为UTe2提供了另一块拼图。要利用这样的材料进行应用，我们必须了解它们的基本超导特性。所有的现代科学都是循序渐进的。我们很高兴能为了解一种材料做出贡献，这种材料可能会让我们更接近更实用的量子计算机。"

结论与未来展望

科克大学研究与创新副校长 John F. Cryan 教授向科克大学宏观量子物质小组实验室的研究团队表示祝贺：

"这一重要发现将对量子计算的未来产生重大影响。未来几周，科克大学将启动"UCC Futures - 未来量子与光子学"项目，Seamus Davis 教授和宏观量子物质小组领导的研究使用了世界上最强大的显微镜之一，将在这一激动人心的项目中发挥至关重要的作用"。