铀二碲酸盐未来有可能帮助人类建造人工智能量子计算机 | 智能技术

发布日期:2019-09-02 10:00
未来,人工智能拓扑量子计算机中的逻辑门将基于二维准粒子的时空辫子,当它们四处移动时称为任意子。数学家在辫子方面做了大量的工作,下图是其抽象的描述。



它尚未能建立足够的量子位(量子比特)通用量子计算机做任何有用的事情,但许多研究人员希望最终能实现这一目标。他们主要使用两种策略之一来存储和操纵量子比特:超导环或被捕获的离子。但是,这两种方法都容易出错,因此必须建立很多冗余,以便能够完成所需的纠错。最终可能需要数千个物理量子位一起工作才能组成一个纠错的逻辑量子位。这可能使构建通用量子计算机变得不可能。

这就是为什么一些研究人员(特别是一些在微软工作的人)长期以来一直考虑的第三个策略:构建一个“拓扑”量子计算机,如果它能够通过,它将具有更不容易出错的量子位。然而,构建拓扑量子计算机将比现在用超导环和被捕获离子探索的要困难得多。实际上,甚至很难描述拓扑超级计算机用于量子比特的内容。

如果你试着在维基百科上查找答案,那么你将面临一道行话墙,可能会让你怀疑Alan Sokal正在玩另一个笑话:“拓扑量子计算机是一种理论量子计算机,采用二维准粒子称为任何人,他们的世界线在三维时空中相互交错形成辫子。尽管它类似于一部糟糕的科幻电影中的一条线,但这句话实际上描述了一种建构方式的严肃命题量子计算机。在未来的某个时刻,当我更加了解它时,我保证会在时空中旅行并修改这一段以使概念清晰明了。

与此同时,让我分享一下有朝一日可以更容易构建拓扑量子计算机的开发新闻。为此,您需要拓扑量子比特,并且要构建拓扑量子比特,您需要一个非常特殊的物理基板。尽管可以使用不同材料的薄层构造这样的基板,但更好的方法可能是使用散装物质作为拓扑超导体的物质。

“那些非常罕见。” 尼克布奇说,他是国家标准与技术研究所的凝聚物理学家,也是马里兰大学物理学副教授。他和他的同事研究了新的和独特类型的超导体,他们相信他们已经发现了一种可能确实是拓扑超导体铀二碲化物的超导体。他们的工作今天在线发表在“ 科学 ”杂志上。

Butch和他的同事们决定研究铀二碲化物,因为他们怀疑它可能在非常低的温度下具有磁性,接近绝对零度。事实证明,它在如此低的温度下不具有磁性,但令他们惊讶的是,研究人员发现它变成了超导体。“这真是一次意外!”布奇说。

当他们进一步研究新的超导体时,惊喜仍在继续。你可以看到,超导体在受到超过某个临界值的磁场时会停止超导。对于典型的超导体,临界磁场强度可能是几个特斯拉。但是铀二碲化物仍然是高达20T的磁场中的超导体。实际上,研究人员无法在他们的实验室中产生足够强度的磁场来消除其超导性。

这个实验观察表明,碲化铀的超导性以一种特殊的方式出现。让我解释。超导体在没有电阻的情况下导电,因为载流电子配对形成了所谓的库珀对(在Leon Cooper之后,他与John Bardeen和John Robert Schrieffer 在1957年发展了第一个微观超导理论)。在大多数超导体中,Cooper对中的两个电子将具有相反的“自旋”--一种描述粒子固有磁性的量子力学性质。然而,在一些奇怪的超导体中,这些Cooper对中的电子将具有指向相同方向的自旋,由于复杂的原因,这被称为自旋三重态。

Butch解释说:“具有自旋三联体的那些超导体的很大一部分是拓扑超导体。”这就是为什么他和他的同事对他们最近的机会发现如此兴奋,如果他们确实偶然发现了一种拓扑超导体的材料,它可能有一天会成为构建拓扑量子位的基础。