电子自旋信息在超导体内成功传输

为量子信息储存技术创新提供可能

研究人员找到在超导材料内传输自旋信息的新方法

科技日报北京10月19日电 (记者聂翠蓉)美国哈佛大学官网近日发出公告称,该校保尔森工程与应用科学学院(SEAS)科学家成功实现在超导材料内传输电子自旋信息,从而克服了量子计算的一大主要挑战。这一发表在《自然·物理学》杂志上的最新突破,将为构建量子传导装置奠定基础。

电子不仅只有所带的电荷能传递信息,其不同的自旋态也携带着信息。电子的“向上自旋”和“向下自旋”可以分别作为“0”和“1”用于量子信息处理,但遵循量子力学原理的电子不只有这两种自旋方向,它能够沿着任何方向自旋。如果将所有这些自旋方向同时利用,将构建出更强大的新型量子计算机。目前在物理学分支自旋电子学领域,科学家们热衷于捕获和测量电子自旋并试图构建基于自旋的电子门和电路。

超导材料因其电子运动不会消耗任何能量,成为科学家们研制能耗很少的量子装置的最佳选择,但相关研究长期以来也面临一大难题:超导材料内流动的库伯电子对轨道完全对称,两个自旋方向会完全相反,最后自旋动量相互抵消变成零,因此不能传输电子自旋信息。

现在,SEAS物理学教授阿米尔·亚柯比带领的研究团队构建出简单的超导装置,找到了控制超导体材料中流动电子自旋的全新方法。他们构建的超导装置是一种三明治结构,上下两个外层为超导体,会赋予夹层非超导材料碲化汞与外层接近的超导性。在这种超导装置内,电子对轨道对称性被打破,自旋不再反对称(即自旋方向不再相反),而是沿不同方向交替自旋。

研究团队现已能够测量不同位点的自旋动量,并能调整电子对的自旋动量总和。亚柯比表示,新研究将为量子信息储存打开全新可能,三明治结构独特的超导性能也将带来全新的量子材料。

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