美國國家標準技術研究院(NIST)出土了一種潛在的用于構建量子計算機的材料，該研究所的科學家發現了一種超導體，它可以避開阻礙有效量子邏輯電路的主要障礙之一。

復合二碲化鈾或UTe2的新發現的特性表明，它可以證明對量子計算機發展的一大利器具有很高的抵抗力-制造這種稱為qubits的計算機的存儲開關的功能很難起作用，足以完成一個計算，然后再失去微妙的物理關系，使它們無法作為一個小組工作。由于周圍世界的干擾，這種關系稱為量子相干性，很難維持。

該化合物對磁場的異常強烈的抵抗力使其成為超導(SC)材料中的稀有鳥類，這為量子位設計提供了獨特的優勢，主要是因為它們具有對誤差的抵抗力，而這些誤差很容易進入量子計算。研究團隊的尼克·布奇(Nick Butch)表示，UTe2的出色行為可能使其對新生的量子計算機產業有吸引力。

NIST中子研究中心(NCNR)的物理學家Butch說：“這可能是量子信息時代的硅。” “您可以使用二碲化鈾來構建高效量子計算機的量子位。”

該小組的研究結果(其中還包括馬里蘭大學和艾姆斯實驗室的科學家)今天發表在《科學》雜志上。他們的論文詳細介紹了UTe2的罕見特性，從技術應用和基礎科學的角度來看，這都很有趣。

其中一種是通過UTe2傳導電子的電子與眾不同的方式。在銅線或其他普通導體中，電子作為單個粒子傳播，但在所有SC中，它們形成所謂的庫珀對。導致這些配對的電磁相互作用是材料超導性的原因。這種超導性的解釋是根據發現配對的三位科學家(并因此獲得諾貝爾獎)而命名為BCS理論。

對于這種庫珀配對特別重要的是所有電子都具有的特性。它被稱為量子“自旋”，使電子的行為就像每個電子都有一個穿過它的小條形磁鐵一樣。在大多數超導體中，成對的電子具有單一方向的量子自旋-一個電子指向上方，而其伙伴指向下方。這種相反的配對稱為自旋單線態。

但是，少數已知的超導體是不符合標準的，而UTe2似乎屬于其中之一。他們的庫珀對可以將自旋定向為三種組合之一，從而使它們旋轉三胞胎。這些組合允許庫珀對自旋平行排列，而不是相對排列。預計大多數自旋三重態SC也是“拓撲” SC，具有非常有用的特性，其中超導電性將出現在材料表面，即使面對外部干擾也將保持超導。

布奇說：“這些平行的自旋對可以幫助計算機保持功能。” “它不會因為量子波動而自發崩潰。”

到目前為止，所有量子計算機都需要一種方法來糾正從其周圍蔓延的誤差。長期以來，人們一直認為SC具有作為量子計算機組件基礎的一般優勢，并且量子計算機開發中的一些最新商業進展涉及由超導體制成的電路。量子計算機可能會使用的拓撲SC的屬性將具有不需要進行量子錯誤校正的額外優勢。

“我們想要一個拓撲SC，因為它可以為您提供無錯誤的量子位。它們的壽命可能非常長，” Butch說。“拓撲SC是量子計算的另一種方法，因為它們可以保護量子位免受環境的影響。”

該團隊在探索鈾基磁體時偶然發現了UTe2，該磁體可以通過改變其化學性質，壓力或磁場來根據需要調整其電子性能-當您需要可定制的材料時，這是一個有用的功能。(這些參數都不是基于放射性的。該材料包含的“貧鈾”僅具有輕微的放射性。由UTe2制成的量子比特很小，可以很容易地被計算機的其余部分屏蔽。)

研究小組沒想到該化合物具有他們發現的特性。

Butch說：“ UTe2最早是在1970年代創建的，甚至相當近期的研究文章都將其描述為非凡。” “我們在合成相關材料時碰巧制作了一些UTe2，因此我們在較低的溫度下進行了測試，以查看是否可能忽略了某些現象。我們很快意識到我們手上有一些非常特別的東西。”

NIST團隊開始使用NCNR和馬里蘭大學的專用工具探索UTe2。他們看到它在低溫(低于-271.5攝氏度或1.6開爾文)下變得超導。它的超導性能類似于同時具有鐵磁性的稀有超導體，其作用類似于低溫永磁體。然而，奇怪的是，UTe2本身不是鐵磁性的。

Butch說：“僅出于這個原因，UTE2便從根本上成為新產品。”

它還對磁場具有很高的抵抗力。通常，磁場會破壞超導性，但是根據施加磁場的方向，UTe2可以承受高達35特斯拉的磁場。它的強度是普通冰箱磁體的3500倍，是大多數低溫拓撲SC可以承受的強度的許多倍。

盡管該團隊尚未最終證明UTe2是拓撲SC，但是Butch說，這種對強磁場的不尋常抵抗力意味著它必須是自旋三重態SC，因此也可能是拓撲SC。這種抗性還可以幫助科學家了解UTe2的性質，也許還可以了解超導本身。

他說：“進一步研究可能使我們深入了解如何穩定這些并行旋轉SC。” “ SC研究的一個主要目標是能夠充分理解超導性，以使我們知道在哪里尋找未發現的SC材料。現在我們不能這樣做了。它們是必不可少的嗎?我們希望這種材料能夠告訴我們更多。”