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和长时间保持稳定。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
