研究发现Quantum Foundry的候选超导体在未来的量子计算中可能有用

　　据外媒报道，自从 2019 年获得 2500 万美元的拨款、成为第一个美国国家科学基金会（NSF）的 Quantum Foundry 以来，研究人员一直在努力开发能够实现基于量子信息技术的材料，用于量子计算、通信、感应和模拟等应用。现在他们可能已经做到了。

　　在《自然-材料》杂志上发表的一篇新论文中，Quantum Foundry 联合主任、加州大学洛杉矶分校材料学教授 Stephen Wilson 和多名合著者，包括普林斯顿大学的主要合作者，研究了 Quantum Foundry 开发的一种新材料，作为候选超导体（一种电阻消失和完全抗磁性的材料）–在未来的量子计算中可能有用。

　　此前，Wilson 领导的研究小组在《物理评论快报》杂志上发表了一篇论文，描述了一种新材料–cesium vanadium antimonide (CsV3Sb5)，它表现出一种令人惊讶的混合特性，涉及一种与超导状态交织的自组织电荷图案。这一发现是由 Elings 公司的博士后研究员 Brenden R. Ortiz 完成的。Wilson 表示，事实证明，这些特征是一些相关材料所共有的，包括 RbV3Sb5 和 KV3Sb5，后者（一种钾、钒和锑的混合物）是这篇最新论文的主题。

　　Wilson 指出，这组化合物中的材料“被预测为拥有有趣的电荷密度波物理学（即它们的电子在化合物中的金属位点上自组织成一种非均匀的模式）。 这种电子的自组织图案的特殊性质是目前工作的重点”。

　　这种预测的电荷密度波状态和其他奇特的物理学源于这些材料内部的钒（V）离子网络，它们形成了一个被称为可果美晶格的三角形的分角网络。KV3Sb5 被发现是一种由可果美晶格平面构建的稀有金属，也是一种超导材料。该材料的一些其他特征使研究人员推测，其中的电荷可能形成微小的电流环，从而产生局部磁场。

　　材料科学家和物理学家长期以来一直预测，可以制造出一种材料，它将表现出一种电荷密度波秩序，打破所谓的时间反转对称性。“这意味着它有一个磁矩，或一个场，与它相关，”Wilson 说。“你可以想象，在可果美晶格上有某些图案，电荷在一个小环中移动。那个环就像一个电流环，它将给你一个磁场。这样的状态将是一种新的物质电子状态，并将对潜在的非常规超导性产生重要影响。”

　　Wilson 小组的作用是制造这种材料，并对其体积特性进行描述。普林斯顿大学团队然后使用高分辨率扫描隧道显微镜（STM）来识别他们认为是这种状态的特征。Wilson 说：“这些特征也被假设为存在于其他异常超导体中，比如那些在高温下超导的超导体，尽管它还没有被明确显示出来。”

　　STM 的工作原理是通过在一个表面上扫描一个非常尖锐的金属线头。通过使尖端非常接近表面，并对尖端或样品施加电压，可以对表面进行成像，甚至可以分辨出单个原子和电子分组的位置。在论文中，研究人员描述了看到并分析了电子电荷的秩序模式，该模式随着磁场的施加而变化。这种与外部磁场的耦合表明有一种电荷密度波状态，它创造了自己的磁场。

　　这正是 Quantum Foundry 成立时的工作。”Quantum Foundry 的贡献是重要的，”Wilson 说。”它在开发这些材料方面发挥了主导作用，研究人员在这些材料中发现了超导性，然后发现了表明它们可能拥有电荷密度波的信号。现在，全世界都在研究这些材料，因为它们具有许多不同群体感兴趣的各个方面。

　　”他继续说：”例如，量子信息领域的人对它们感兴趣，认为它们是潜在的拓扑超导体。”研究拓扑金属新物理学的人对它们感兴趣，因为它们有可能承载有趣的相关效应，定义为电子相互作用，这有可能是这种电荷密度波状态的起源。而且它们对那些追求高温超导的人来说是有意义的，因为它们有一些元素似乎将它们与那些材料中的一些特征联系起来，尽管 KV3Sb5 在相当低的温度下超导。”

　　如果 KV3Sb5 被证明是它被怀疑的那样，它可以被用来制造一个在量子信息应用中有用的拓扑量子比特。例如，Wilson 说：“在制造拓扑计算机时，人们希望制造出性能因材料中的对称性而增强的量子比特，这意味着它们不倾向于退相干（转瞬即逝的纠缠量子态的退相干是量子计算的一个主要障碍），因此对传统纠错的需求减少了。”

　　他补充说：“只有某些种类的状态你可以找到，可以作为拓扑量子比特，而拓扑超导体有望承载一个。这样的材料是罕见的。这个系统可能对此有兴趣，但它远未被证实，而且很难证实它是否是。在了解这一类新的超导体方面还有很多工作要做。”