量子计算的突破：超导纳米线中的能量量化

前段时间，美国国际商用机器公司（IBM）推出了53量子比特的量子计算机，并计划向外部用户开放使用。谷歌公司则发表论文称，成功让量子系统花费约200秒完成了传统超级计算机要1万年才能完成的任务。量子计算机的发展引发人们越来越多的关注。

量子计算机的开发，是全世界越来越多的研究团队正在追求的目标。原因在于量子效应源自最小的粒子和结构的世界，可实现许多新技术应用。允许根据量子力学定律处理信息和信号的所谓超导体被认为是实现量子计算机的有希望的组件。然而，超导纳米结构的一个难点是它们仅在非常低的温度下起作用，因此难以投入实际应用。

明斯特大学的研究人员近期首次展示了由高温超导体制成的纳米线中所谓的能量量化（即超导体），其中温度升高后，量子力学效应占主导。在高温超导体中，研究人员还能够首次观察到单个光子的吸收，该光子是一种用于传递信息的轻粒子。

“一方面，我们的结果可以为将来在量子技术中使用大大简化的冷却技术做出贡献;另一方面，它们为我们提供了有关控制超导状态及其动力学过程的全新见解，而这些研究仍在进行中。”明斯特大学物理研究所的负责人强调说，该研究已于2020年2月7日发表在《自然通讯》杂志上。

背景与方法：

科学家使用了由钇、钡、氧化铜和氧气或简称YBCO元素制成的超导体，从而制造了几纳米的细线。当这些结构传导电流时，会发生称为相移的物理动力学。在YBCO纳米线的情况下，电荷载流子密度的波动会导致超电流发生变化。

用于低温恒温器中微桥表征（一种测量薄膜力学性能的方法）的测量设置

研究人员研究了温度低于20开尔文（相当于负253摄氏度）时纳米线中的过程，结合模型计算，他们证明了纳米线中能量状态的量化。导线进入量子态的温度为12至13开氏温度，温度比通常使用的材料所需的溫度高数百倍。这使科学家能够生产出谐振器，即调谐到特定频率的振荡系统，具有更长的寿命，并且可以保持更长的量子力学状态，这是对更大的量子计算机进行长期开发的前提。