据报道，爱尔兰科克大学学院（University College Cork，简称UCC）科学家在二碲化铀中发现了一种独特的超导状态，这可能会为研发出更稳定、更高效的量子计算机铺平道路。

据研究人员所说，这一突破性发现为量子计算面临的最重大挑战之一提供了潜在的解决方案，标志着该领域向前迈出了一大步，可能对未来的计算产生重大影响。

据悉，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。最新研究成果已于近期发表在了《自然》杂志上。

该研究论文主要作者Joe Carroll解释说，“超导体是一种神奇的材料，具有许多奇怪和不寻常的特性。最著名的是它们能让电流零阻力地流动。也就是说，如果你给它们通电，它们不会发热，事实上，它们不会耗散任何能量，尽管它们有很大的电流。”

他继续说，“它们之所以能做到这一点，是因为不是单个的电子在金属中移动，而是成对的电子结合在一起。这些电子对一起形成宏观量子力学流体。”

“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。”他补充道。

令科学家们尤其兴奋的是，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UCC探测到的就是第一个由这些奇异电子对组成的对密度波。

量子计算的实际意义

当被问及这项工作的实际意义时，Carroll解释说，“有迹象表明，UTe2是一种特殊类型的超导体，可能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’态，从而切断任何有用的计算。”他说。

薛定谔的猫（Schrödinger’s Cat）是奥地利著名物理学家薛定谔（Erwin Schrödinger）提出的一个思想实验，是指将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。

Carroll说，“这给量子计算机的应用带来了巨大的限制。然而，自从五年前发现UTe2以来，对它进行了大量的研究，有证据表明它是一种超导体，可以用作拓扑量子计算的基础。在这种材料中，计算过程中量子比特的寿命没有限制，为更稳定和有用的量子计算机开辟了许多新途径。事实上，微软已经在拓扑量子计算上投入了数十亿美元，所以这已经是一门成熟的理论科学。”

他指出，社会各界一直在寻找的是一种相关的拓扑超导体，而UTe2 似乎就是这种超导体。

“我们的发现为UTe2之谜提供了另一块拼图。为了应用这种材料，我们必须了解它们的基本超导特性。一切现代科学都是循序渐进的。我们很高兴为理解一种可以使我们更接近更实用的量子计算机的材料做出了贡献。”他说。

编辑/范辉