推动拓扑量子计算建设 中日科学家发现新型超导材料

中日两国科学家组成的团队最新报告说，一种结构简单、制备容易的新型拓扑超导体材料有望推动实现拓扑量子计算，解决量子计算机面临的主要挑战——“退相干”问题。

超导量子计算机作为发展最快的一种量子计算机形式，目前广泛存在“退相干”问题，是实现可扩展量子计算的主要障碍。“退相干”指量子系统状态间相互干涉性质的丧失，会导致量子计算出错。

发表在新一期美国《科学》杂志上的论文说，研究人员第一次验证了由铁、碲和硒等成分组成的一种晶体材料存在拓扑超导态，并测出其自旋结构和超导能隙。

拓扑超导体有别于传统的超导体，其表面存在厚度约1纳米的受拓扑保护的、无能隙的金属态，内部是超导体。论文通讯作者、东京大学博士后研究员张鹏对新华社记者说，研究结果证明，对这种晶体材料加磁场后，在受拓扑保护的金属态和超导态的边界会出现马约拉纳费米子。

张鹏说，两个马约拉纳费米子交换位置后，系统状态会改变，可以利用这种纠缠进行量子计算。张鹏补充说，拓扑超导量子计算利用了马约拉纳费米子的拓扑稳定性，可有效解决超导量子计算机面临的“退相干”问题，原因是系统中的局域噪声不能破坏拓扑性质，除非噪声大到对整个系统产生影响。中国科学院物理研究所丁洪教授和东京大学辛埴教授共同监督了项目。