量子計算的突破：超導納米線中的能量量化

前段時間，美國國際商用機器公司（IBM）推出了53量子比特的量子計算機，并計劃向外部用戶開放使用。谷歌公司則發表論文稱，成功讓量子系統花費約200秒完成了傳統超級計算機要1萬年才能完成的任務。量子計算機的發展引發人們越來越多的關注。

量子計算機的開發，是全世界越來越多的研究團隊正在追求的目標。原因在于量子效應源自最小的粒子和結構的世界，可實現許多新技術應用。允許根據量子力學定律處理信息和信號的所謂超導體被認為是實現量子計算機的有希望的組件。然而，超導納米結構的一個難點是它們僅在非常低的溫度下起作用，因此難以投入實際應用。

明斯特大學的研究人員近期首次展示了由高溫超導體制成的納米線中所謂的能量量化（即超導體），其中溫度升高后，量子力學效應占主導。在高溫超導體中，研究人員還能夠首次觀察到單個光子的吸收，該光子是一種用于傳遞信息的輕粒子。

“一方面，我們的結果可以為將來在量子技術中使用大大簡化的冷卻技術做出貢獻;另一方面，它們為我們提供了有關控制超導狀態及其動力學過程的全新見解，而這些研究仍在進行中。”明斯特大學物理研究所的負責人強調說，該研究已于2020年2月7日發表在《自然通訊》雜志上。

背景與方法：

科學家使用了由釔、鋇、氧化銅和氧氣或簡稱YBCO元素制成的超導體，從而制造了幾納米的細線。當這些結構傳導電流時，會發生稱為相移的物理動力學。在YBCO納米線的情況下，電荷載流子密度的波動會導致超電流發生變化。

用于低溫恒溫器中微橋表征（一種測量薄膜力學性能的方法）的測量設置

研究人員研究了溫度低于20開爾文（相當于負253攝氏度）時納米線中的過程，結合模型計算，他們證明了納米線中能量狀態的量化。導線進入量子態的溫度為12至13開氏溫度，溫度比通常使用的材料所需的溫度高數百倍。這使科學家能夠生產出諧振器，即調諧到特定頻率的振蕩系統，具有更長的壽命，并且可以保持更長的量子力學狀態，這是對更大的量子計算機進行長期開發的前提。