天然碲化铀确认具备拓扑超导性量子计算迎新契机

据最新一期《科学》杂志报道，英国牛津大学和爱尔兰科克大学等机构合作，开发出一种强大的新技术，首次实验证实天然材料碲化铀（UTe2）具备内在拓扑超导性。这为大规模、容错型量子计算机的核心材料筛选提供了关键方法。

量子计算机的量子比特极易受到环境噪声干扰，导致“量子退相干”，这限制了量子计算的稳定性和实用性。

拓扑超导体被认为是突破这一瓶颈的理想材料。其表面能承载一种名为“马约拉纳费米子”的全新量子粒子。理论上，这些粒子可被用于稳定地存储量子信息，而不会受到当前量子计算机所面临的噪声和无序环境的干扰。几十年来，物理学家一直在寻找一种真正的内在拓扑超导体，但从未发现任何一种材料能完全满足所有条件。

UTe2自2019年发现以来，一直被认为是具有内在拓扑超导性的候选材料，但此前未有实验能直接验证这一点。

此次实验中，研究团队使用了扫描隧道显微镜（STM）。该仪器无需使用光或电子束，而是利用原子级尖锐的超导探针在原子尺度上获取超高分辨率图像，可排除普通表面电子的干扰。更关键的是，团队使用了一种全新操作技术，即“安德列夫STM”。这是首个可专门探测拓扑超导表面态的实验技术，目前全球仅三处实验室可实现。

结果表明，UTe2确实是一种内在拓扑超导体，但其中的马约拉纳费米子以成对形式存在，无法单独分离，因此尚不能满足可操作量子比特的全部条件。

尽管如此，这项研究仍具有重大意义。这意味着，他们首次找到了一种方法，可一劳永逸地确定某种材料是否能有效用于某些量子计算微芯片。

今年早些时候，微软发布了世界上第一个由拓扑核心驱动的量子处理单元马约拉纳1。但微软表示，需要基于精心设计的传统材料堆栈才能合成拓扑超导体。此次研究意味着，科学家现在可使用简单的晶体材料来取代复杂且昂贵的人工电路，为下一代量子计算提供了更经济高效的拓扑量子比特解决方案。