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德国德累斯顿的研究人员最近搞出个大动静,一块叫二铋化铂的灰色晶体,硬是把超导领域的老规矩给打破了。
这东西看着不起眼,却可能是通往实用量子计算机的关键钥匙。
超导这事儿本来就够玄乎,这晶体的操作更是让人摸不着头脑。
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传统超导材料都是整个身子都能零电阻导电,这是学界公认的常识。
但二铋化铂偏不按常理出牌,它只有上下两个表面是超导体,内部却是普通金属。
本来想这可能是人工涂层搞出来的特殊效果,后来发现并非如此,这是它本身的拓扑性质决定的。
不管你把它切得多薄,新暴露的表面都会立刻变成超导体,就像块永远切不完的魔法蛋糕,每切一块都能自动长出糖霜。
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更让人惊讶的是它的电子配对模式。
普通超导体里电子配对毫无方向限制,高温超导体是四重对称,这二铋化铂却是六重对称。
简单说,晶体表面有六个方向,电子在这六个方向上完全不配对。
这种情况在物理学上还是头一回见,研究人员自己都坦言,搞不清这种配对是怎么产生的。
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这种颠覆认知的特性,直接把超导研究的思路给拓宽了。
这晶体真正让人兴奋的地方,是它和马约拉纳费米子的关联。
这东西在量子物理里算是“神兽”级别的存在,既是粒子又是自己的反粒子。
要是能控制住它,就能做出抗干扰的量子比特,这正是现在量子计算机最缺的。
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毕竟现在的量子计算机太“娇贵”了,一点环境干扰就出错,也就是常说的退相干。
理论计算显示,二铋化铂的拓扑超导性质,能在晶体边缘自动产生马约拉纳费米子。
以前科学家得用复杂的纳米线结构才能诱导出这种粒子,步骤繁琐还不稳定。
有了这晶体就不一样了,只要在表面造点台阶或边缘,就能得到任意数量的马约拉纳费米子。
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如此看来,这晶体简直是天生的量子比特“孵化器”,大大降低了拓扑量子计算的入门门槛。
虽然前景看着不错,但想把这灰色晶体变成量子芯片,还有不少坎要过。
最大的问题就是它内部的普通金属,这些金属里的电子乱窜,很可能干扰边缘的马约拉纳费米子,导致量子态不稳定。
这可不是小问题,搞不好前面的努力都白费。研究团队现在想了两个办法。
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一个是“瘦身法”,把晶体做得极薄,理论上薄到一定程度,内部金属可能变成绝缘体,这样就能切断干扰源。
另一个是用磁场“驱赶”,通过外部磁场改变电子能级,把马约拉纳费米子赶到角落隔离起来。
这两种方法都有可行性,但实施起来都需要高精度的操作。
二铋化铂的发现挺让人感慨的。
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人类研究材料科学这么多年,微观世界里还是藏着不少惊喜。
这晶体不仅颠覆了我们对超导的认知,还为量子计算指明了新方向。
虽然现在还有挑战,但随着研究的深入,说不定再过几年,实用化的容错量子计算机就真的能出现。
到那时候,整个科技领域都会迎来一场大变革,而这颗小小的灰色晶体,就是这场变革的关键推手之一。
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