原创 量子计算机新材料:非典型超导体p波对称性多晶结构薄膜

2019-11-13 15:32 217 1 2 分类: 智能硬件
因电脑科技及当代演算法而衍生的快速资料检索、电子地图导航、物联网技术,乃至人工智慧应用,已彻底改变人类的日常生活样貌,相关科技的进展,不断朝更快的运算速度与更好的演算效率演进。于是,进阶的半导体製程、新颖材料与物理性质的研究开发、突破性的演算法成为各国竞相投入的前瞻软硬体科研议题,同时形塑出量子电脑的概念。

相较于电脑以“0”与“1”二元进位方式来执行演算,量子运算则将“0”与“1”并置为一体,相互迭加,可处理更多更複杂的运算与资讯,其发展因而具有划时代的影响性,不仅有利于解决气候变迁、药物开发等複杂议题背后所涉及的庞大计算需求,对国防、金融资通应用的资讯加密亦扮演举足轻重的角色。量子计算架构经过数十年的发展已有长足进步,然而,对应的硬体层面则仍有诸多挑战与限制,其中最关键的为找到能同时乘载“0”与“1”二元状态的物质,且能操控材料中所对应的量子位元(qubit)。例如,由传统超导体建构成的超导环(superconducting ring),在微妙的外加磁场调控下确实可能达到顺时针与逆时针超导电流共存于单一环中的状态,而满足量子位元两态共存的需求,然而,对应的外加磁场往往非常小,使得精准、可靠的磁场调控非常困难。因此,科学家们数十年来努力寻找零外加磁场下,同时具有顺逆时针超导电流的超导环,但苦无明确的突破,直到这次美国团队的突破性工作。

美国约翰霍普金斯大学李禹帆博士、许晓英博士、钱嘉陵教授(美国物理学会会士、美国科学促进会AAAS会士、台湾中研院院士)与台湾大学凝态中心及新颖材料原子级科学研究中心朱明文研究员发现由新颖材料β-Bi2Pd多晶织构薄膜(textured polycrystalline film)所作成的超导环具有不寻常的半量子磁通量(half-quantum flux),最重要的是容许在零外加磁场下有顺逆时针超导电流共存,为量子电脑所需的量子位元材料开启新页。李博士、许博士、钱教授利用经典的Little-Parks量子磁通量原理来精确设计β-Bi2Pd超导环的理想大小,并导入多晶薄膜对超导电流相位干涉影响的观念,以精准的实验方法阐释与证实β-Bi2Pd应为具有非典型超导体p波对称性,而半量子磁通量正是这类非典型超导的特质。
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 钱嘉陵 院士                                               朱明文 研究员

p波超导体的另一重要科学隐喻是具有Majorana费米子(粒子亦为自身反粒子)的拓朴超导体(topological superconductor),此类费米子必须构筑于p波超导体的前提之上。或许,在可见的将来,因β-Bi2Pd非典型超导的发现不但催生出量子电脑,乃至更下世代的拓朴量子电脑雏形。
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curton 2019-11-17 15:17

学习了
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