美国加州大学河滨分校物理学家魏鹏教授领导的团队，近日开发出一种新型超导材料——三重态超导体，具有明确自旋极化的量子态，自旋能量比常规超导体高出6倍，可能成为科学家们正苦苦寻找的量子比特拓扑超导体的关键候选材料，或推动量子计算机迈向新的纪元。这项研究已发表在8月23日【科学进展】杂志上。
魏鹏（Peng Wei）团队将一种名为三方位碲（trigonal tellurium）的特殊材料与金/铌异质结构薄膜结合，创造出了一种独特的二维超导体。三方位碲是一种手性材料，也就是说，就像我们左右手一样，它的结构无法与其镜像重叠。
通过精心设计的界面，这种材料不仅保留了超导性，还在磁场下表现出了更高的稳定性。魏鹏教授的团队发现，当施加磁场时，这种新材料能够转变为一种「三重态超导体」，在磁场下表现出比传统超导体更加卓越的稳定性。这一特性对于量子计算至关重要，因为它能够显著减少量子比特在受到外界干扰时出现错误的几率。
量子计算中最大的挑战之一是「退相干」，即量子比特的量子信息因外部环境干扰而丧失，导致计算错误。这就像一个非常敏感的天平上，哪怕一阵风，都可能让它无法准确测量。
而这种由三方位碲材料形成的超导界面非常干净，可以自然地抑制由铌氧化物等材料缺陷引起的退相干问题，将它制成微波谐振器后，品质因数可达100万。
这是一个什么概念呢？普通微波谐振器的Q值大约在1000到10000之间，而高品质的可能会达到10万或更高。
品质因数越高，意味着振荡的能量损耗越小，系统的选择性和稳定性就越好。
如果是一个摆钟，就意味着它可以摆动很久才需重新注入能量。用这种微波谐振器来构建量子比特，就可以大大延长退相干时间，从而为构建更稳定、更可靠的量子计算组件提供了全新途径，可能为量子计算领域带来颠覆性的创新和革命性的改变。
参考：
Signatures of a spin-active interface and a locally enhanced Zeeman field in a superconductor-chiral material heterostructure, Science Advances, 23 Aug 2024, Vol 10, Issue 34, DOI: 10.1126/sciadv.ado4875
