量子計(jì)算的突破：超導(dǎo)納米線中的能量量化

前段時(shí)間，美國國際商用機(jī)器公司（IBM）推出了53量子比特的量子計(jì)算機(jī)，并計(jì)劃向外部用戶開放使用。谷歌公司則發(fā)表論文稱，成功讓量子系統(tǒng)花費(fèi)約200秒完成了傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)要1萬年才能完成的任務(wù)。量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展引發(fā)人們越來越多的關(guān)注。

量子計(jì)算機(jī)的開發(fā)，是全世界越來越多的研究團(tuán)隊(duì)正在追求的目標(biāo)。原因在于量子效應(yīng)源自最小的粒子和結(jié)構(gòu)的世界，可實(shí)現(xiàn)許多新技術(shù)應(yīng)用。允許根據(jù)量子力學(xué)定律處理信息和信號的所謂超導(dǎo)體被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的有希望的組件。然而，超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)的一個(gè)難點(diǎn)是它們僅在非常低的溫度下起作用，因此難以投入實(shí)際應(yīng)用。

明斯特大學(xué)的研究人員近期首次展示了由高溫超導(dǎo)體制成的納米線中所謂的能量量化（即超導(dǎo)體），其中溫度升高后，量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)。在高溫超導(dǎo)體中，研究人員還能夠首次觀察到單個(gè)光子的吸收，該光子是一種用于傳遞信息的輕粒子。

“一方面，我們的結(jié)果可以為將來在量子技術(shù)中使用大大簡化的冷卻技術(shù)做出貢獻(xiàn);另一方面，它們?yōu)槲覀兲峁┝擞嘘P(guān)控制超導(dǎo)狀態(tài)及其動力學(xué)過程的全新見解，而這些研究仍在進(jìn)行中?！泵魉固卮髮W(xué)物理研究所的負(fù)責(zé)人強(qiáng)調(diào)說，該研究已于2020年2月7日發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

背景與方法：

科學(xué)家使用了由釔、鋇、氧化銅和氧氣或簡稱YBCO元素制成的超導(dǎo)體，從而制造了幾納米的細(xì)線。當(dāng)這些結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)電流時(shí)，會發(fā)生稱為相移的物理動力學(xué)。在YBCO納米線的情況下，電荷載流子密度的波動會導(dǎo)致超電流發(fā)生變化。

用于低溫恒溫器中微橋表征（一種測量薄膜力學(xué)性能的方法）的測量設(shè)置

研究人員研究了溫度低于20開爾文（相當(dāng)于負(fù)253攝氏度）時(shí)納米線中的過程，結(jié)合模型計(jì)算，他們證明了納米線中能量狀態(tài)的量化。導(dǎo)線進(jìn)入量子態(tài)的溫度為12至13開氏溫度，溫度比通常使用的材料所需的溫度高數(shù)百倍。這使科學(xué)家能夠生產(chǎn)出諧振器，即調(diào)諧到特定頻率的振蕩系統(tǒng)，具有更長的壽命，并且可以保持更長的量子力學(xué)狀態(tài)，這是對更大的量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行長期開發(fā)的前提。