在这座岛屿上,物理学家发现了奇特的宝藏!

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原则

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我先谈谈一个小故事:

在物理学的海洋中,有一个叫做“单线岛”的奇怪岛屿。岛屿的温度从北到南逐渐变暖。在最寒冷地区的最北端,温度低于-271.5摄氏度(或1.6开尔文),其中有一些人具有神奇的能力“超导体”,他们非常害怕高温,一旦温度是太高,超级大国将失败。偶尔,你可以在30开尔文以上的中央岛屿找到他们的轨道,但南方似乎对他们来说太热了。

除温度外,岛上的峰值也会影响超导体,山脉的磁场会干扰超导体的超导性。外部探险家热衷于借用超导体的神奇力量。这种能力是如此强大,如果一个探险家想要建立一个称为量子计算机的强大机器,它必须得到超导体的帮助。因此,他们从未停止寻找整个岛屿超导体的下落,包括岛屿的南部。

探险者在单重岛上发现了许多超导体。后来,他们听取了岛上的超导体。很久以前,一些超导体越过大海到达单重岛东部的岛屿。告诉他们他们也可能和他们在那个岛上的同伴一起生活。

探险家立即出发前往岛上,事实并非如此。在被称为“三岛”的岛上,他们遇到了一些非常罕见的超导体。更重要的是,他们偶然在三重岛的北部发现了一个名为Ub(Ut?)的超导体。这种超导体似乎不受高耸山脉施加的磁场的影响。影响。无论周围环境如何干扰,它们仍然可以保持其超导性,这无助于探险者不堪重负:这不是制造量子钻头的完美人才!

事实上,UTE?在这个小故事中是一种超导材料。在最近的《科学》杂志中,美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家详细描述了这种材料的一些不寻常的特性,无论是在技术应用还是基础科学方面。这很有趣。

科学家们一直渴望找到适合制造量子计算机的材料。在开发过程中遇到的许多挑战之一是它们需要允许量子存储器存储器开关(即,量子位)运行足够长的时间以丢失允许它们作为整体操作的微妙物理关系。之前,完成计算。这种微妙的物理关系就是量子相干。在周围环境的干扰下,量子相干性很难维持,这是一件非常困难的事情。

但这次偶然的发现让科学家们意识到它似乎能够使用UTe?具有优越的抗磁阻力,有助于解决这个问题。在超导材料中具有如此强的磁场阻抗是非常罕见的,这在设计量子位方面提供了独特的优势。主要原因是它对容易进入量子计算的错误具有很强的抵抗力。 UTE?可以为量子计算机创建有效的量子比特,这对新的量子计算机行业特别有吸引力。甚至一些科学家说UTE?这种材料可能在量子信息时代成为硅。

首先,UTe?有一种非常特殊的导电方式。在UTE?这种超导材料,其电子“配对”方法不同于其他超导材料。什么是“配对”?我们知道,在铜线或其他常见导体中,电子以单个粒子的形式移动;但在所有超导体中,它们配对形成所谓的“库珀对”。这些材料是超导的,因为电磁相互作用允许电子配对。

形磁铁所佩戴。一样的。在大多数超导材料中,成对电子的量子自旋指向上方,一对指向下方。这种相反的配对称为自旋单线态。

在已知的超导体中,存在少量的“不规则”材料,并且它们的Cooper对的旋转可以以三种方式组合,使得它们成为所谓的自旋三重态,它们的自旋可以在相同的方向上。 UTE?是其中之一。

大多数自旋三重态超导体也被预测为“拓扑”超导体。它们具有非常有用的性质,即,在材料表面上可以发生超导性,并且即使受到外部干扰也可以保持超导性。超导。换句话说,这种具有平行旋转的Cooper对可以完美地允许量子计算机保持其功能,并且它们不会由于量子波动而崩溃。

到目前为止,所有量子计算机都需要一种方法来纠正可以绕过它们的错误。长期以来,超导材料被认为在这个问题上具有一般优势,而拓扑超导体特性具有不需要量子误差校正的附加优点。拓扑超导体可以提供没有错误的量子位,并且它们可以具有长寿命。拓扑超导性是实现量子计算的另一种方式,可以保护量子位不受环境影响。

发现UTe是偶然的吗?对于研究铀基磁铁的研究人员来说,这是一个意想不到的惊喜。事实上,早在20世纪70年代,UTe?已经被创造了。即使是最近,科学界一般认为它没有任何特别引人注目的性质。这一次,研究人员碰巧创造了一些UTe?在合成相关材料的过程中,他们在较低的温度下测试它,看看是否缺少某些东西。结果,他们很快意识到他们手上握着的东西可能是量子计算机的一个非常特殊的宝藏。

然后,他们开始用专业工具探索UTe,并发现当UTe?在低温下,它变成超导体,其超导特性与稀有超导体相似。但这些超导体也是铁磁性的,就像低温永磁体一样。奇怪的是,UTe?本身不是铁磁性的。那么从这个角度来看,可以说是UTe?从根本上说是一种全新的超导材料。

此外,它非常耐磁场。一般来说,超导性会被磁场破坏,但对于UTe ?取决于磁场的作用方向,UTe?可以承受高达35特斯拉的磁场。这是典型冰箱磁铁强度的3500倍,是大多数低温拓扑超导体可承受的强度的数倍。

但是,目前,研究人员还没有最终证实UTe?是一种拓扑超导体,但根据其对强磁场的不寻常的抵抗力,很可能它是一种拓扑超导体。通过进一步的探索,也许研究人员将能够更好地了解UTe的本质,甚至更好地了解超导本身,以便更好地了解在哪里寻找未发现的超导材料。这是超导研究。一个主要目标。