量子计算

薛定谔的超导体在两种状态下自然是稳定的

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研究人员发现了一种材料,可以自然地同时以两种状态存在,允许电流同时顺时针和逆时针流动
研究人员发现了一种材料,可以自然地同时以两种状态存在,允许电流同时顺时针和逆时针流动
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研究人员发现了一种材料,可以自然地同时以两种状态存在,允许电流同时顺时针和逆时针流动
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研究人员发现了一种材料,可以自然地同时以两种状态存在,允许电流同时顺时针和逆时针流动

量子计算机有可能在某一天远远超过我们的传统计算机,这要归功于它们在“量子位元”上存储数据的能力,量子位元可以同时以两种状态存在。这在理论上听起来不错,但在实践中,很难制造出这样的材料长时间保持稳定。现在,约翰霍普金斯大学的研究人员发现了一种超导材料,它可以自然地同时处于两种状态,这可能是走向量子计算机的重要一步。

我们目前的计算机是建立在二进制系统上的。这意味着它们以二进制“位”(一串1和0)的形式存储和处理信息。这个系统在近一个世纪的大部分时间里为我们工作得很好,但近年来计算机的总体发展速度开始放缓。

量子计算机可能会颠覆这一趋势。关键在于量子位元的使用,量子位元可以同时以1、0或两者的形式存储数据——就像Schrödinger著名的思想实验,实验对象是一只同时活着和死去的猫。利用这种额外的能力,量子计算机将能够在涉及大量数据的任务上超越传统计算机,如人工智能、天气预报和药物开发。

问题是,为普通电脑制作的材料在它们的舒适区之外就不那么好用了。到目前为止,实际量子计算机的大部分进展都是利用超导体完成的。为了让常规超导体同时处于两种状态的叠加状态,需要对每个量子位分别施加一个非常精确的外部磁场。由于如此多的电子设备挤在狭小的空间里,在不让电子设备变得庞大和笨重的情况下实现这一目标是很困难的。

但现在,该团队发现了一种材料,可以自然地保持叠加,而不需要任何外部磁场。这种材料被称为β-Bi2Pd,当它变成环状时,就变成了所谓的通量量子位。这意味着电流可以同时顺时针和逆时针流动。

该研究的第一作者李宇帆说:“我们发现,某种超导材料具有特殊的特性,这可能成为未来技术的基石。”“β-Bi2Pd环已经存在于理想状态,不需要任何额外的修饰就能工作。这可能会改变游戏规则。”

虽然这一发现很有趣,但研究人员表示,这只是走向实用量子计算机的一步。还有另一个缺失的成分,假设的粒子马约喇纳费米子它们被认为是属于它们自己的反粒子.通过对分离在材料中的一对马约拉纳费米子进行编码,人们认为它们足够稳定,可以防止数据在量子计算机中丢失。

问题是,到目前为止,马约拉纳费米子的性质只在“准粒子”中被探测到,这种准粒子产生于其他粒子的运动,但它们本身不是“真实”粒子。把它们想象成饮料中的气泡——它们可以被清晰地观察和测量,但却是通过其他粒子的相互作用产生的。马约拉纳费米子本身作为粒子还未被发现,但据信它们隐藏在某种类型的粒子中超导材料.在测试中,研究人员发现β-Bi2Pd薄膜正是合适的材料类型,这意味着下一步实际上是寻找材料中的粒子。

“最终的目标是找到并控制马约拉纳费米子,这是实现容错量子计算的关键,真正释放量子力学的力量,”李说。

这项研究发表在杂志上科学

来源:约翰霍普金斯大学

3评论
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guzmanchinky
我很聪明。我可以就从战斗机飞机的不稳定性到噬菌体等话题进行睿智的谈话。这篇文章很好地解释了科学。但说真的,一想到这些我们刚刚开始了解的前沿领域,我就头晕目眩。它们毫无意义,有点像光速旅行,时间扭曲之类的东西。我无法理解它!但我对那些能…
ColinChambers
我相信你在环形公路上的量子叠加量子位不能用电子来存在。瞬时建立时两个位置之间的叠加。如果我们使用你的两个相对的电子作为“汽车”永远不能通过对方,如果现在你应用“时间”他们的向前旅行会收缩吗?
你需要的物理学是理解量子——光子——虚时间。希望这对你有帮助…Jacktar
布伦特R琼斯
我期待着真正有用的量子应用。我的妻子会给我送来早上的咖啡,它会和她的咖啡和最新的新闻联系在一起。我们一起喝酒,一起思考,得出非二元结论。当我们的生活真正量子化时,我们编织的世界将是多么复杂啊。