27日，国盾量子董事长彭承志在2020年度业绩说明会上表示，目前量子计算各路线都处于工程实验验证和原型样机研发的技术攻坚期，量子计算机本身进行商业化应用还有距离。

量子计算在目前仍然处于起步阶段，其中主要的挑战来自于计算的错误率。这是由于量子比特与环境相互作用时会产生误差。但日前，来自美国能源部（DOE）布鲁克黑文国家实验室的团队发现了形成拓扑超导性的必要条件，这一性质能够实现更强大的量子计算，有望实现处理能力的指数级增长。该研究发表在《自然·材料》期刊上。

该研究的第一作者，来自凝聚态物理与材料科学（CMPMS）部门中子散射小组的博士后李阳牧（音译）表示，“与被困的离子或固态量子位（例如钻石中的点缺陷）不同，拓扑超导量子位本质上受到了保护，免受了部分噪声的影响。因此，它们可以支持计算不太容易出错，问题是，我们在哪里可以找到拓扑超导性？”

在此前的研究当中，研究小组已经发现了通过修改化合物中铁的含量，可以使材料从超导状态切换到非超导状态。在这项研究当中，CMPMS部门的物理学家Gendu Gu种植了两种类型的大单晶，一种相对于另一种具有更高的铁含量。铁含量较高的样品是非超导的。另一个样品是超导的。

为了了解电子在大块材料中的排列在超导和非超导样品之间是否发生变化，研究小组转向了自旋极化中子散射。CMPMS中子散射小组的物理学家Igor Zaliznyak解释说：“中子散射可以告诉我们电子的磁矩或自旋，以及材料的原子结构。”

令他们惊讶的是，科学家们在两个样品中观察到了完全不同的电子磁矩模式。因此，铁含量的轻微变化引起电子状态的改变。

铁基超导体的材料相图。图源：布鲁克黑文国家实验室

随后，研究小组通过能量色散X射线光谱法确定了两种样品中代表性小块样品的化学成分，表征了电子的化学性质和整体传导特性。电子在表面上传播所感应的超导性可以容纳称为马里亚纳模的拓扑对象，这在理论上是一种进行量子计算的最佳方法。

对于光发射光谱实验，团队通过测量从样品（使用相同的空间栅格）响应于光而射出的电子的能量和动量，他们量化了在表面，整体中形成并形成超导状态的电子态的强度。他们将光发射光谱定量地拟合到表征这些状态强度的模型。然后，研究小组将电子状态强度映射为局部组成的函数，从本质上构建了一个相图。

“这种相图包括超导和拓扑相变，并指向我们可以找到用于量子计算材料的有用化学成分的位置，”李阳牧说，“对于某些成分，不存在产生拓扑超导的相干电子态。在以前的研究中，人们认为仪器故障或测量误差是为什么他们没有看到拓扑超导特征的原因。在这里，我们证明这是由于电子态本身造成的。 ”

当材料接近拓扑状态和非拓扑状态之间的过渡时，可以预期会有波动。要使拓扑结构出现，电子状态必须发展良好并且具有连贯性。因此，从技术角度来看，科学家仍需要在过渡线之外合成材料。

参考资料：

文章来源：《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0430/878.html

上一篇：《位移量子》：纯粹黑白的画面，还是创造了一
下一篇：香港大学解开量子二聚体模型难题，有助开发性