通過將經(jīng)典材料換成具有獨(dú)特量子特性的材料，科學(xué)家們制造了一種超導(dǎo)電路，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)長期以來被認(rèn)為是不可能的功能。

這一發(fā)現(xiàn)由來自德國、荷蘭和美國的研究人員做出，顛覆了一個(gè)世紀(jì)以來關(guān)于超導(dǎo)電路本質(zhì)以及如何馴服超導(dǎo)電路并將其投入實(shí)際應(yīng)用的思想。

基于超導(dǎo)物理學(xué)的低浪費(fèi)、高速電路可將超級(jí)計(jì)算技術(shù)提升到一個(gè)全新的水平。

不幸的是，使這種毫不費(fèi)力的電流形式如此方便的特性也恰好在設(shè)計(jì)普通電氣元件的超導(dǎo)版本時(shí)產(chǎn)生了無窮無盡的挑戰(zhàn)。

以像二極管這樣簡單的東西為例。這個(gè)基本的電子單元就像電流的單向標(biāo)志，提供了一種調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換和調(diào)整電子運(yùn)動(dòng)的方法。

在超導(dǎo)材料中，這些單個(gè)電子的身份變得模糊，形成庫珀對(duì)，其中每個(gè)粒子都有能力避免更典型的電流的能量消耗碰撞。

但是如果沒有通常的阻力定律起作用，科學(xué)家們就無法使超導(dǎo)電子沿單一方向行進(jìn)，因?yàn)樗鼈兛偸潜憩F(xiàn)出所謂的“互惠”行為。

這個(gè)基本假說——超導(dǎo)性不能違反互易性(至少在沒有磁場操縱的情況下不能)——自該領(lǐng)域的研究一開始就一直存在。

“在 70 年代，IBM 的科學(xué)家們嘗試了超導(dǎo)計(jì)算的想法，但不得不停止努力：在他們的論文中，IBM 提到如果沒有非互易的超導(dǎo)性，就不可能在超導(dǎo)體上運(yùn)行計(jì)算機(jī)。”

但現(xiàn)在一切都顛覆了，因?yàn)橐豁?xiàng)實(shí)驗(yàn)顯示了一種帶有量子組件的連接點(diǎn)，這種連接點(diǎn)甚至能夠引導(dǎo)庫珀對(duì)沿著單向道行駛。

約瑟夫森結(jié)是非超導(dǎo)材料的薄條，將一對(duì)超導(dǎo)體材料分開。如果材料足夠薄，電子可以直接穿過它們而無需擔(dān)心。

在一定水平以下，這種“超電流”沒有電壓。在臨界點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)電壓快速振蕩，可用于量子計(jì)算機(jī)等應(yīng)用。

以前通過外部磁場確保超導(dǎo)體中的電流方向。但研究小組發(fā)現(xiàn)，如果他們使用基于金屬鈮的二維晶格，他們可以放棄磁場并僅依賴材料的量子特性。

“我們能夠僅剝離 Nb3Br8 的幾個(gè)原子層，并制作出非常非常薄的三明治——只有幾個(gè)原子層厚——這是制造約瑟夫森二極管所需的，而普通 3D 材料是不可能做到的。”荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的物理學(xué)家、首席研究員 Mazhar Ali 說。

該團(tuán)隊(duì)相信他們已經(jīng)勾選了為他們的發(fā)現(xiàn)提供可靠案例所需的所有方框。盡管如此，在我們看到超導(dǎo)體成為下一代計(jì)算的核心之前還有很長的路要走。

一方面，超導(dǎo)現(xiàn)象通常發(fā)生在超低溫的材料中?；蛘呤侵糜诏偪竦母邏毫ο?。

了解基于這些新量子勢壘的約瑟夫森結(jié)如何在更高的溫度和壓力下運(yùn)行最終可能會(huì)改變游戲規(guī)則。

“這將影響各種社會(huì)和技術(shù)應(yīng)用，如果 20 世紀(jì)是半導(dǎo)體的世紀(jì)，那么 21 世紀(jì)可以成為超導(dǎo)體的世紀(jì)?！?/p>