物理

環狀量子位元

新材料的雙向電流性質可用於製造新一代量子電腦。

撰文/戴利(Jim Daley)
翻譯/甘錫安
2020-02

物理

環狀量子位元

新材料的雙向電流性質可用於製造新一代量子電腦。

撰文/戴利(Jim Daley)
翻譯/甘錫安
2020-02


電子可以在超導體材料內部自由流動,絲毫不受阻礙。大多數超導體只有一條「通道」,但一種新發現的材料能讓電子同時朝兩個方向高速流動。


β-Bi2Pd是由鉍和鈀結晶構成的薄膜材料,以這種材料製成的環可讓電流同時朝順時針和逆時針流動。這篇論文發表於2019年10月的《科學》,研究團隊表示,這種材料將可用於製造新一代量子電腦。量子電腦依據量子效應運作,運算效能比傳統電腦高出許多。


美國約翰霍普金斯大學物理學者及論文主要作者李禹帆(Yufan Li)表示,這種材料可以把「順時針與逆時針電流的疊加」當成量子位元。傳統電腦的位元只有0或1兩種狀態,量子電腦則包含這兩種狀態以及0和1的疊加狀態(但不是薛丁格著名的既活又死的貓),因此量子位元可儲存的資訊遠多於傳統位元,能夠展現極為強大的運算效能。


目前的超導量子位元需要十分精確的磁場才得以運作。但李禹帆等人設計的β-Bi2Pd環(稱為超導通量量子位元)不需要外加磁場,就能使電流朝兩個方向流動。他們表示,這種性質可能「立即改良」目前的量子位元技術。李禹帆說:「我們設計的量子位元不需要磁場就能運作,因此電路設計和校正都更加簡單。」


β-Bi2Pd具有的奇特性質還可能產生稱為馬約拉那費米子的準粒子現象;這種粒子同時是自身的反粒子(與一般粒子的質量相同、電荷相反)。李禹帆表示如果超導材料具有這種性質,就有機會製作理論上可良好運作的量子位元,能把其分量傳送到更遠的距離,避免受環境雜訊影響。


不過要以β-Bi2Pd製作能實際運作的量子位元,可能還需要一段時間。未參與這項研究的紐約大學物理學家夏巴尼(Javad Shabani)表示必須再提升β-Bi2Pd環的操控性,才能用於製作量子位元。他評論:「我們需要更多操控方法,如果不能加以操控,就不可能善加運用。」