為什么要開發(fā)一種可以解決很大問題的量子計算機？因為經(jīng)典計算機要么付出很大努力，要么根本不能解決。這是目前全球越來越多研究團(tuán)隊正在追求的目標(biāo)。

原因是：量子效應(yīng)源于微小的量子粒子，使許多新的技術(shù)應(yīng)用成為可能。所謂的超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)，能根據(jù)量子力學(xué)定律處理信息和信號，被認(rèn)為是實現(xiàn)量子計算機很有前途的元器件。

然而，超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)的一個癥結(jié)是，它們只能在非常低的溫度下工作，因此很難投入實際應(yīng)用。明斯特大學(xué)大學(xué)和于利希研究中心的研究人員，現(xiàn)在首次證明了由高溫超導(dǎo)體制成的納米線能量量子化，在這種納米線中，溫度升高到量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位的溫度以下。然后，超導(dǎo)納米線只假定可以用來編碼信息的選定能量狀態(tài)。在高溫超導(dǎo)體中，研究人員還首次觀察到了單個光子的吸收，這是一種用來傳遞信息的輕粒子。

研究負(fù)責(zé)人、明斯特大學(xué)物理研究所的卡斯滕·舒克(Carsten Schuck)教授強調(diào)：一方面，研究結(jié)果有助于未來在量子技術(shù)中使用相當(dāng)簡化的冷卻技術(shù)，另一方面，為我們提供了對超導(dǎo)狀態(tài)及其動力學(xué)過程的全新見解，此前這些過程仍然不清楚。因此，這一結(jié)果可能與新型計算機技術(shù)的發(fā)展有關(guān)，其研究成果已發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

背景和方法

科學(xué)家們使用了由釔、鋇、氧化銅和氧元素制成的超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)（簡稱YBCO），用這些超導(dǎo)體制造了幾根納米細(xì)絲。當(dāng)這些結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)電流時，稱為“相位滑移”的物理動力學(xué)就會發(fā)生。在超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)納米線的情況下，電荷載流子密度的波動，會引起超導(dǎo)電流的變化。研究人員在低于20開爾文（相當(dāng)于零下253攝氏度）的溫度下研究了納米線中的過程。結(jié)合模型計算，研究展示了納米線中能量狀態(tài)的量子化。

發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線進(jìn)入量子態(tài)的溫度是12到13開爾文，這個溫度比通常使用材料所需的溫度高幾百倍。這使得科學(xué)家們能夠生產(chǎn)出壽命更長的諧振器，即調(diào)諧到特定頻率的振蕩系統(tǒng)，并更長時間地保持量子力學(xué)狀態(tài)，這是越來越大量子計算機長期發(fā)展的前提。對于量子技術(shù)的發(fā)展，但也有可能用于醫(yī)療診斷的更重要組件，是甚至可以記錄單光子的探測器。

高溫超導(dǎo)體中單光子的吸收

卡斯滕·舒克(Carsten Schuck)在明斯特大學(xué)的研究小組幾年來，一直致力于開發(fā)這種基于超導(dǎo)體的單光子探測器。世界各地的科學(xué)家十多年來一直試圖用高溫超導(dǎo)體來實現(xiàn)已經(jīng)在低溫下工作得很好的東西。在用于研究的超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)納米線中，這一嘗試現(xiàn)在首次成功，新研究發(fā)現(xiàn)為新的實驗驗證理論描述和技術(shù)發(fā)展鋪平了道路。

博科園｜研究/來自：明斯特大學(xué)

參考期刊《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-020-14548-x

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