美國哈佛大學(xué)官網(wǎng)近日發(fā)出公告稱,該校保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)在超導(dǎo)材料內(nèi)傳輸電子自旋信息,從而克服了量子計(jì)算的一大主要挑戰(zhàn)。這一發(fā)表在《自然·物理學(xué)》雜志上的最新突破,將為構(gòu)建量子傳導(dǎo)裝置奠定基礎(chǔ)。

電子不僅只有所帶的電荷能傳遞信息,其不同的自旋態(tài)也攜帶著信息。電子的“向上自旋”和“向下自旋”可以分別作為“0”和“1”用于量子信息處理,但遵循量子力學(xué)原理的電子不只有這兩種自旋方向,它能夠沿著任何方向自旋。如果將所有這些自旋方向同時(shí)利用,將構(gòu)建出更強(qiáng)大的新型量子計(jì)算機(jī)。目前在物理學(xué)分支自旋電子學(xué)領(lǐng)域,科學(xué)家們熱衷于捕獲和測量電子自旋并試圖構(gòu)建基于自旋的電子門和電路。

超導(dǎo)材料因其電子運(yùn)動(dòng)不會(huì)消耗任何能量,成為科學(xué)家們研制能耗很少的量子裝置的最佳選擇,但相關(guān)研究長期以來也面臨一大難題:超導(dǎo)材料內(nèi)流動(dòng)的庫伯電子對(duì)軌道完全對(duì)稱,兩個(gè)自旋方向會(huì)完全相反,最后自旋動(dòng)量相互抵消變成零,因此不能傳輸電子自旋信息。

現(xiàn)在,SEAS物理學(xué)教授阿米爾·亞柯比帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出簡單的超導(dǎo)裝置,找到了控制超導(dǎo)體材料中流動(dòng)電子自旋的全新方法。他們構(gòu)建的超導(dǎo)裝置是一種三明治結(jié)構(gòu),上下兩個(gè)外層為超導(dǎo)體,會(huì)賦予夾層非超導(dǎo)材料碲化汞與外層接近的超導(dǎo)性。在這種超導(dǎo)裝置內(nèi),電子對(duì)軌道對(duì)稱性被打破,自旋不再反對(duì)稱(即自旋方向不再相反),而是沿不同方向交替自旋。

研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已能夠測量不同位點(diǎn)的自旋動(dòng)量,并能調(diào)整電子對(duì)的自旋動(dòng)量總和。亞柯比表示,新研究將為量子信息儲(chǔ)存打開全新可能,三明治結(jié)構(gòu)獨(dú)特的超導(dǎo)性能也將帶來全新的量子材料。

（原標(biāo)題：電子自旋信息在超導(dǎo)體內(nèi)成功傳輸 為量子信息儲(chǔ)存技術(shù)創(chuàng)新提供可能）