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量子计算机迎来升级!英科学家制出无瑕疵的超导薄片 比头发丝薄1万倍

前瞻网    2021-10-04 10:24

 

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英国巴斯大学的研究人员发现了一种制造“单晶片”器件的方法,这种器件非常薄,而且没有缺陷,有可能超越今天量子计算机电路中使用的组件。

这项研究发表在本月的《纳米快报》上。

该大学物理系的研究小组在探索超导体铌二硒化物(NbSe?)两层之间的连接处时发现的。这两层被分离,相互扭曲约30度,然后又被压在一起。通过拆分、扭曲和重新组合这两层材料,研究人员能够构建超导量子干涉仪设备(SQUID)——这是一种非常敏感的传感器,用于测量极其微小的磁场。

SQUID有着广泛的重要应用领域,包括医疗保健(如心脏病学和脑磁图描记术——一种绘制大脑功能的测试)和矿产勘探。

SQUID也是当今商用量子计算机的构建模块,这种计算机执行某些计算任务的速度比传统计算机快得多。量子计算仍处于起步阶段,但在未来10年,它可能会改变许多行业的企业和组织解决问题的能力——例如,快速发现新药和新材料。

“由于其原子完美的表面,几乎完全没有缺陷,我们看到了这种晶体片在未来建造量子计算机中发挥重要作用的潜力。”该研究作者之一西蒙·本德教授说,“此外,SQUID是生物研究的理想选择——例如,它们现在被用于追踪磁性标记药物通过肠道的路径——所以我们非常兴奋地看到我们的设备也能在这一领域开发。”

然而,这是一种全新的、未经实践的制造SQUID的方法,在应用成为现实之前,还需要进行大量研究。”

用于制造新型超导体的薄片是一种极薄的单晶(比人的头发还要薄1万倍),易于弯曲,这也使其适合用于柔性电子产品,如用于电脑键盘、光学显示器、太阳能电池和各种汽车部件。

因为NbSe?层之间的化学键,它们非常脆弱,被切割的薄片——有着完美的平坦、无缺陷的表面——当再次被推到一起时,会产生原子级的尖锐界面。这使得它们成为用于量子计算的组件的绝佳候选。

虽然这不是第一次把NbSe₂层压在一起,以创建一个弱超导连接,但这是第一次演示在一对扭曲薄片上的两个这样的结之间的量子干涉。这种量子干涉使得研究人员可以通过施加一个小磁场来调节流经SQUID的最大超电流,创造出一个极其敏感的磁场传感器。研究人员还证明,通过改变两片薄片之间的扭曲角度,可以系统地调节器件的性能。

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责任编辑: 4150ZYN

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