Lagdelt superleder coaxet til at vise usædvanlige egenskaber med potentiale for kvanteberegning

Et team af fysikere fra Oak Ridge National Laboratory (ORNL) har for nylig lokket en eksotisk lagdelt superleder, rheniumdiborid (ReB2), til at udvise højst usædvanlige kvanteegenskaber, der kan have betydelige konsekvenser for fremtiden for kvanteberegning. Ved at påføre et ekstremt tryk på 5 millioner gange det på Jordens overflade og præcist at orientere superlederens magnetiske spins fremkaldte forskerne et spændende fænomen kendt som "Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov" (FFLO) tilstanden.

Denne sjældne og undvigende tilstand har tiltrukket enorm interesse inden for det kondenserede stoffysiske samfund, siden den først blev forudsagt i 1960'erne, og den har et stort løfte om realiseringen af ​​visse kvanteberegninger. Indtil nu har forskere imidlertid haft betydelige eksperimentelle begrænsninger i at observere den undvigende FFLO-tilstand.

Den magiske blanding af stærkt tryk og spin afstemt

Ved at bruge ORNLs avancerede diamantamboltcelle, der er i stand til at generere massive tryk og justere materialets spin ved hjælp af eksterne magnetiske felter, opdagede fysikerne, at i denne sjældne kombination ligger muligheden for at manipulere og stabilisere de usædvanlige kvanteegenskaber, der ønskes for kvante. edb.

Som nævnt af Xiaofeng Xu, en kondenseret stof-fysiker ved ORNL og hovedforfatter af en nyligt offentliggjort undersøgelse, "Disse kvanteberegninger kræver eksotiske former for superledning i materialer, der samtidig er vært for specifik magnetisk adfærd."

Overvindelse af eksperimentelle udfordringer

Traditionelt var FFLO-staten forudset i rene bulksystemer. Men at opnå både den nødvendige renhed og magnetfeltstyrke under ekstremt kolde temperaturer viste sig at være ekstraordinært udfordrende for forskning i kondenseret stof. Med en kombination af banebrydende faciliteter inden for ORNL og eksterne partnere, der bruger diamantamboltceller sammen med kraftfulde højtryksteknikker, overvandt det videnskabelige team disse udfordrende eksperimentelle krav.

En lovende katalysator for kvanteberegningsfremtiden

Den vellykkede eksperimentelle opdagelse af den meget eftertragtede FFLO-tilstand i det magnetisk drevne ReB2-materiale betragtes som en banebrydende succes af teoretiske fysikere over hele kloden. Ved at frigøre det fulde potentiale af denne specielle adfærd, mener videnskabsmænd, kan denne nye tilgang tjene som den afgørende katalysator til at realisere nye arkitekturer for kvanteberegning og samtidig undgå mange af de komplikationer og begrænsninger, der hindrer eksisterende qubit-materialer.

Som fremhævet af en anden ORNL-fysiker med kondenseret stof, Zhijun Xu, "Vores team er det første til at opdage superledning, der eksisterer sideløbende med denne specielle form for kvantemagnetisme. Og hvad der virkelig er opmuntrende er, at denne unikke superledende adfærd blev skabt i den magnetiske grundtilstand. Der eksisterer muligvis en ny vej nu mod ukonventionel Cooper-parring til at skabe sammenfiltrede elektroner, der er nødvendige for fremtidige topologiske kvantecomputere."