新型超导体有望为量子计算机铺平道路。

• 一支国际研究团队创造出了一种特殊的超导状态，可以被磁性控制。
• 这一发现有望推动量子计算机的发展。
• 这种新型超导体是一种由稳定的近距超导体和磁性增强的混合设备。

由包括来自维尔茨堡大学的研究人员在内的国际团队成功创建了一种特殊的超导态。这一发现有望推动量子计算的发展。

讨论该研究的论文已发表在《自然物理》上，题为“基于稀薄磁性拓扑绝缘体的Josephson结中磁调超电流。”

超导体是能够在不受电阻的情况下传导电流的材料，这使它们成为MRI机器、磁悬浮列车甚至粒子加速器中电子元件的理想基材。然而，传统的超导体容易受到磁场的干扰。一个国际研究小组现已成功构建了一个由磁性增强的稳定超导体构成的混合器件，其功能可以得到特定控制。

在毫开尔文温度下进行测量的样品支架。图片来源：Mandal/JMU，德国维尔茨堡大学。 点击新闻发布链接查看大图。

他们将超导体与一种特殊的半导体材料——拓扑绝缘体结合起来。维尔茨堡大学（JMU）拓扑绝缘体研究所物理学家Charles Gould教授解释道：“拓扑绝缘体是指在表面而非内部导电的材料。这是由于其独特的拓扑结构，即电子的特殊排列。”他说：“令人激动的是，我们可以通过磁性原子装备拓扑绝缘体，从而能够受磁铁控制。”

将超导体和拓扑绝缘体耦合形成了所谓的Josephson结，这是两个超导体之间被一层非超导材料分隔的连接。 Gould说：“这使我们能够结合超导性和半导体的特性。”他说：“因此，我们结合了超导体的优势与拓扑绝缘体可控性。现在，我们可以使用外部磁场精确控制超导性能。这是量子物理的真正突破！”

超导性与磁性的结合

这种特殊的组合创造了一种超导性和磁性结合的异态态——通常这两种现象是相反的，很少共存。这被称为接近诱导的Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov（p-FFLO）态。这种新的“带有控制功能的超导体”对于实际应用，如量子计算的发展，可能非常重要。与传统计算机不同，量子计算机不是基于比特，而是基于量子位（qubit），它们不仅可以同时处于两种状态，而是可以同时处于多种状态。

物理学家Gould解释说：“问题在于，由于非常敏感于外界影响，如电场或磁场，目前量子位非常不稳定。”他说：“我们的发现有助于稳定量子位，使它们能够在未来的量子计算机中使用。”

国际量子研究团队

实验研究由维尔茨堡大学Laurens W. Molenkamp教授实验物理III组的团队进行。他们与西班牙圣塞瓦斯蒂安材料物理中心（CFM）的F. Sebastian Bergeret教授和荷兰代尔夫特理工大学的Teun M. Klapwijk教授的理论专家密切合作。

该国际研究小组得到了卓越性和拓扑在量子材料中的聚类（ct.qmat）、德国研究基金会（DFG）、巴伐利亚自由邦、西班牙国家研究机构（AEI）、欧洲研究计划地平线2020和欧盟ERC高级资助计划的资助。

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这在某种程度上回答了多年来对充电超导体周围自然磁场感兴趣的观察者所关心的问题之一。毫无疑问，外界磁场会对超导体造成一些破坏是不足为奇的。然而，前景技术已经开始变得清晰起来。

看起来有一天，温度问题将是仅剩下的主要问题。

通过Brian Westenhaus发布于新能源和燃料

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