我們知道，超導體材料可以在沒有損耗的情況下將電子從一處直接傳輸到另外一處。這種材料一般只有一條「車道」，但是，最近發現的一種材料卻擁有一種奇特的性質，可以同時雙向傳導電流。
這種材料被命名為「β-Bi2Pd」，是一種由結晶鉍和鈀構成的薄膜。當把它的形狀調整成環形後，就能展現出非比尋常的導電能力：讓電流同時在順時針方向和逆時針方向循環。該材料的研發人員表示，或許可以在下一代量子計算機中運用這種材料，因為它恰好符合要求。
李玉帆（Yufan Li）是約翰·霍普金斯大學的物理學家，也是這項研究的主要負責人，他說，「雙向電流疊加」的性質類似於量子計算機的基本單元——量子比特，可以將兩個不同的狀態疊加在一起。傳統計算機中的比特只有2種存在形式：0或1，但量子比特能夠以兩種狀態疊加的形式存在（就像著名的「薛丁格的貓」那樣）。因此，量子比特可以比傳統比特保存更多的信息，這也賦予了它們成為超級計算力的潛力。
此前，超導量子比特需要依靠極其精確的磁場才能工作，但是李玉帆和團隊設計的這種材料不需要外加磁場就能實現雙向電流通路，因此，這種圓環也被稱為「超導磁通量子比特」（superconducting flux qubit）。
研究人員表示，這種材料的特性可以為量子比特技術帶來「肉眼可見的進步」。「對我們而言，量子比特可以擺脫磁場獨立工作，」李玉帆說，「這意味著大大降低了電路設計和校準的難度。」
β-Bi2Pd材料的諸多特性也意味著它可能會引發被稱為「準粒子」的類粒子現象。具體來說，這是一種存在於理論上的，被稱為「馬約拉納費米子」的準粒子，它同時也是自己的反粒子（反粒子與其相對應的粒子質量相同，電性相反）。如果超導材料具備這種性質，它就有可能以一種高度理想化的量子比特狀態工作，而這種機制可以通過加大元件間的距離，抵禦環境噪音的幹擾。
然而，用β-Bi2Pd構建任何一種功能性量子比特的工作還有很長的一段路要走。紐約大學物理學家賈瓦德·沙巴尼（Javad Shabani，並未參與這項研究）認為，除開其他因素，這些元件的可控性必須變得更符合量子比特的要求。「為此，我們需要使用更多的控制手段，」沙巴尼說，「如果我們都無法駕馭這些材料，又何談真正使用它們呢？」
撰文：吉姆·戴利(Jim Daley)
翻譯：羅廣楨
文章來源：環球科學