由加州大学河滨分校（University of California， Riverside）的物理学家彭伟（Peng Wei）领导的美国多机构科学家团队开发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”。

拓扑是形状的数学。拓扑超导体使用电子或空穴的离域态（空穴的行为类似于带正电荷的电子）来传输量子信息并以稳健的方式处理数据。

研究人员在《科学进展》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相结合。论文的标题是“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”。

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那样叠加在它的镜像上。三角碲也是无磁性的。尽管如此，研究人员在界面处观察到了承载明确定义的自旋极化的量子态。自旋极化允许激发可能用于创建自旋量子比特或量子比特。

“通过在手性材料和金之间创建一个非常干净的界面，我们开发了一种二维界面超导体，”物理学和天文学副教授魏说。

“界面超导体是独一无二的，因为它生活在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发生转变，与低场相比，在高场下变得更加稳健，这表明过渡到“三重态超导体”，在磁场下更稳定。

此外，通过与美国国家标准与技术研究院的科学家合作，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会抑制来自材料缺陷（如铌氧化物）的退相干源，这是铌超导体的常见挑战。

他们表明，超导体可以制成高质量的低损耗微波谐振器，品质因数达到 100 万。

据跨国科技公司 IBM 称，这项新技术在量子计算中得到了应用，该领域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无法足够快地解决的复杂问题。

“我们使用的材料比量子计算行业通常使用的材料薄一个数量级，”Wei 说。“低损耗微波谐振器是量子计算的关键组件，可能会导致低损耗超导量子比特。量子计算中最大的挑战是减少量子比特系统中的退相干或量子信息丢失。

当量子系统与其环境交互时，就会发生退相干，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。

与以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实现更清洁的界面。

“我们的材料可能是开发更具可扩展性和更可靠的量子计算组件的有前途的候选者，”Wei 说。

Wei 与他在 UCR 的研究生一起参与了这项研究。

该技术已向 UCR 技术合作伙伴办公室披露，并已提交临时专利。

更多信息：Cliff Chen 等人，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，科学进展（2024 年）。DOI：10.1126/sciadv.ado4875。www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado4875

期刊信息： Science Advances