美國加州大學河濱分校物理學家魏鵬教授領導的團隊，近日開發出一種新型超導材料——三重態超導體，具有明確自旋極化的量子態，自旋能量比常規超導體高出6倍，可能成為科學家們正苦苦尋找的量子位元拓撲超導體的關鍵候選材料，或推動量子電腦邁向新的紀元。這項研究已發表在8月23日【科學進展】雜誌上。
魏鵬（Peng Wei）團隊將一種名為三方位碲（trigonal tellurium）的特殊材料與金/鈮異質結構薄膜結合，創造出了一種獨特的二維超導體。三方位碲是一種手性材料，也就是說，就像我們左右手一樣，它的結構無法與其映像重疊。
透過精心設計的界面，這種材料不僅保留了超導性，還在磁場下表現出了更高的穩定性。魏鵬教授的團隊發現，當施加磁場時，這種新材料能夠轉變為一種「三重態超導體」，在磁場下表現出比傳統超導體更加卓越的穩定性。這一特性對於量子計算至關重要，因為它能夠顯著減少量子位元在受到外界幹擾時出現錯誤的機率。
量子計算中最大的挑戰之一是「去相干」，即量子位元的量子資訊因外部環境幹擾而喪失，導致計算錯誤。這就像一個非常敏感的天平上，哪怕一陣風，都可能讓它無法準確測量。
而這種由三方位碲材料形成的超導界面非常幹凈，可以自然地抑制由鈮氧化物等材料缺陷引起的去相干問題，將它制成微波諧振器後，品質因數可達100萬。
這是一個什麽概念呢？普通微波諧振器的Q值大約在1000到10000之間，而高品質的可能會達到10萬或更高。
品質因數越高，意味著振蕩的能量損耗越小，系統的選擇性和穩定性就越好。
如果是一個擺鐘，就意味著它可以擺動很久才需重新註入能量。用這種微波諧振器來構建量子位元，就可以大大延長去相干時間，從而為構建更穩定、更可靠的量子計算元件提供了全新途徑，可能為量子計算領域帶來顛覆性的創新和革命性的改變。
參考：
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
