科隆突破：超导纳米线推动量子计算机！

科隆突破：超导纳米线推动量子计算机！

科隆大学的物理学家在量子计算技术领域取得了重大进展。他们发现由拓扑绝缘体制成的纳米线具有超导效应。这些结果发表在《自然物理学》杂志上，代表了开发更稳定的量子位（qubit）的重要一步。据 [uni-koeln.de] 报道，这项研究的标题是“超导体邻近的拓扑绝缘体纳米线中的长程交叉安德烈夫反射”。

纳米线中交叉安德烈夫反射（CAR）的关键检测可以为未来的量子计算机奠定基础。这种反射是一种量子效应，纳米线中注入的电子与其他电子耦合形成超导库珀对。在这项研究中，开发了一种创新的纳米线制造方法，可以产生更清洁的结构，这对于在拓扑绝缘体中诱导超导相关性至关重要。

主要成果和未来步骤

在 Junya Feng 博士和 Yoichi Ando 教授的指导下，研究显示了利用马约拉纳费米子开发鲁棒量子比特的前景。当前的量子位技术通常不稳定且容易出错，但创建特殊量子态的能力可能会引发量子计算技术的范式转变。研究人员的下一步是观察和控制这些系统中的马约拉纳费米子。

与巴塞尔大学和“量子信息的物质与光”（ML4Q）卓越集群的合作至关重要。 ML4Q 成立于 2019 年，汇集了来自科隆大学、亚琛大学、波恩大学和于利希研究中心的科学家。该联盟的主要目标是量子计算领域的研究以及新型量子硬件和软件的开发。

拓扑绝缘体及其含义

拓扑绝缘体（TI）在量子计算技术中发挥着核心作用。它们旨在作为构建稳定量子位的基础，特别是通过生成马约拉纳费米子。这些特殊粒子可能出现在拓扑结构中，从而产生具有拓扑超导性的物质。根据 [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov]，对正常金属/铁磁绝缘体/超导体结的传输特性的研究表明，手性马约拉纳模式的出现可能会受到磁化方向的强烈影响。

这些发现不仅具有实际应用，而且对量子力学的基础具有更深刻的理论意义。创建和控制物质新相的能力可以使量子计算取得突破性进展。

最近马约拉纳费米子和拓扑绝缘体实际应用的一个例子是微软发布的马约拉纳 1，这是世界上第一个基于拓扑核心架构的量子处理器。根据 [azure.microsoft.com]，Majorana 1 的设计目标是在单个芯片上可扩展至多达 100 万个量子位。这项技术可能导致量子计算机在未来几年成为材料科学、农业和化学发现的标准工具。

当前量子计算的进步可能会改变我们处理信息的方式，并对许多科学领域产生重大影响。因此，下一代量子计算机的发展道路将由科隆大学等研究成果决定性地决定。