科學家發現「薛丁格貓」超導材料，量子計算有望實現！
2020-10-18 FanqiangMeng31935年薛丁格提出有關貓生死疊加的著名思想實驗，試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理。「量子疊加」技術是研製量子計算機的核心問題。
最近，約翰·霍普金斯大學的研究人員發現了一種超導材料，它能夠自然而然地停留在兩種狀態。這種材料稱為β-Bi2Pd，當製成環形時，就成為通量量子比特。該團隊發現這種材料可以自然保持疊置而不需要任何外部磁場，這意味著電流可以同時順時針和逆時針流動。
過去科學家一直在尋找馬約拉納費米子，由於它的非阿貝爾任意子性質可以用來拓撲量子計算，馬約拉納費米子足夠穩定可以防止數據在量子計算機中丟失。
研究人員通過實驗驗證了β-Bi2Pd薄膜是具有增強的拓撲超導能隙的唯一材料。
β-Bi2Pd薄膜中異常增大的拓撲表面態超導能隙
我們當前的計算機是建立在二進位系統上的。這意味著它們將信息存儲和處理為二進位「位」（一系列的1和0）。這個系統此前一直運作良好，但是近年來計算機的總體發展速度開始放緩。
量子計算機可以扭轉這種趨勢。關鍵是使用量子比特，量子比特可以同時將數據存儲為1、0或0與1可同時計算，這與薛丁格著名的思想實驗相同。使用這種額外的功能，量子計算機將能夠在涉及大量數據的任務（例如人工智慧，天氣預報和藥物開發）上勝過傳統計算機。
如何製造量子比特？
科學家已經掌握一些方法來製造量子比特。例如，一個單一的光子就是一種量子比特，0 和 1 可能存在的狀態就像是光子橫向或縱向的偏振，在量子世界，光子可以同時表現出所有的偏振狀態。直到你把一個光子送到濾光器，它必須決定自己是縱向或橫向偏振。
△ 處於疊加態的光子。直到通過一個濾光器，才會決定自己的偏振狀態。
一個原子核也是一種量子比特。它的磁矩（它的「自旋」）方向可以指向不同的方向，在強磁場下，它可以向上（代表1）或向下（代表0）。
△ 製造矽量子比特的方法，將磷原子嵌入矽。
另一個方法是將原子中的電子剝去，使它成為離子。接著可以利用電磁場將離子懸空，發射雷射脈衝改變它的狀態。麻省理工大學的研究人員就利用5個困在離子阱中的原子製造出了一臺量子計算機，並且成功地在每個原子上實現肖爾算法，對15進行正確的質因數分解。
此外，超導線路中的電磁振蕩也可以用來作為量子比特。這些作為量子比特的線路可以取值 0（沒有光子通過）或 1（有微波光子）。谷歌研發的量子計算機就是採用該方案。
固體中的電子自旋也可以使種量子比特，這種製造方法是利用固態材料中的缺陷，比如在金剛石中的碳原子。如果把晶格中的其中一個碳原子換成氮原子，並消除了一個相鄰的原子，就會產生一個氮的空穴。這個空穴就是所謂的氮-空位（NV）中心。NV中心和周圍鄰近的氮原子都成為了量子比特，它們的自旋狀態可以代表0和1。
△ 當量子比特不斷增加時，它就越難以保持量子的性質。為解決這個問題，科學家提出的方案稱為「量子計算機的模塊化」。
通過建立小型的量子計算機，再利用特殊的方法將它們聯繫成為有使用價值的大型量子計算機。圖中顯示的是利用三種不同類型的量子比特來構建量子計算機模塊，模塊之間用光子作聯接。
現在，約翰·霍普金斯大學的研究人員發現了一種超導材料，它自然而然地停留在兩種狀態，這可能是邁向量子計算機的重要一步。
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