加州里弗赛德——在加州大学里弗赛德分校物理学家彭伟的带领下，美国一个多机构的科学家团队开发出了一种新的超导体材料，这种材料有可能用于量子计算，并成为候选的“拓扑超导体”。

拓扑学是关于形状的数学。拓扑超导体利用电子或空穴的离域状态(空穴的行为就像带正电荷的电子)以稳健的方式携带量子信息和处理数据。

研究人员今天在《科学进展》杂志上报告说，他们将三角碲与在金薄膜表面产生的表面态超导体结合在一起。三角碲是一种手性材料，这意味着它不能像我们的左手和右手一样叠加在它的镜像上。三角碲也是无磁性的。尽管如此，研究人员观察到界面上的量子态拥有定义良好的自旋极化。自旋极化允许激发潜在地用于创建自旋量子比特或量子位。

“通过在手性材料和金之间创造一个非常干净的界面，我们开发了一个二维界面超导体，”物理和天文学副教授魏说。“界面超导体是独特的，因为它生活在一个自旋能量比传统超导体高六倍的环境中。”

研究人员观察到，界面超导体在磁场下经历了一个转变，与低场相比，在高场下变得更加坚固，这表明它向“三重态超导体”的转变，在磁场下更稳定。

此外，通过与国家标准与技术研究所的科学家合作，研究人员表明，这种涉及异质结构金和铌薄膜的超导体自然地抑制了来自材料缺陷(如铌氧化物)的退相干源，这是铌超导体面临的共同挑战。他们表明，超导体可以制成质量因子达到100万的高质量低损耗微波谐振器。

据跨国科技公司IBM称，这项新技术在量子计算领域有应用，量子计算是一个利用量子力学来解决经典计算机或超级计算机无法解决或不能足够快地解决的复杂问题的领域。

“我们使用的材料比量子计算行业中通常使用的材料薄一个数量级，”魏说。“低损耗微波谐振器是量子计算的关键组成部分，可能导致低损耗超导量子比特。量子计算的最大挑战是减少量子比特系统中的退相干或量子信息损失。”

当量子系统与其环境相互作用时，退相干就会发生，导致系统的信息与环境混淆。退相干对实现量子计算机提出了挑战。

与之前需要磁性材料的方法不同，研究人员的新方法使用非磁性材料来清洁界面。

魏说:“我们的材料可能是开发更可扩展和更可靠的量子计算组件的有前途的候选者。”

他在加州大学洛杉矶分校的研究生也加入了这项研究。

论文题目是“超导体-手性材料异质结构中自旋活性界面和局部增强塞曼场的特征”。

UCR对该研究项目的贡献由Wei的国家科学基金会CAREER奖，UCR和麻省理工学院共享的NSF融合加速器Track-C资助，以及UCR和麻省理工学院共享的林肯实验室线基金资助。

该技术已向UCR技术合作办公室披露，并已申请临时专利。

加州大学河滨分校是一所博士研究型大学，是对南加州内陆、州和世界各地社区至关重要的问题进行开创性探索的活实验室。加州大学洛杉矶分校的招生人数超过26,000人，反映了加州的多元文化。该校区于2013年开设了一所医学院，并通过UCR棕榈沙漠中心到达科切拉山谷的中心。该校园每年对美国经济的影响超过27亿美元。欲了解更多信息，请访问www.ucr.edu。