美国国家标准与技术研究所(NIST)发现了一种可能对构建量子计算机有用的材料。NIST的科学家发现了一种超导体，它可以避免阻碍有效量子逻辑电路的主要障碍之一。

新发现的化合物碲化铀(或UTe 2)的特征表明，它可以被证明对开发的量子计算机之一具有高度抵抗力——在失去允许它们作为一个群体进行操作的微妙物理关系之前，让这种计算机的内存存储开关(称为量子位)完成一次计算已经足够困难。由于周围世界的干扰，这种被称为量子相干的关系很难维持。

该化合物对磁场不同寻常的强大抵抗力使其成为超导(SC)材料中的一只珍禽，这为量子比特的设计提供了明显的优势，主要是因为它们可以抵抗容易进入量子计算的错误。据研究小组的尼克布奇(Nick Butch)称，UTe 2的特殊行为可以使其对新生的量子计算机行业具有吸引力。

“这可能是量子信息时代的核心，”NIST中子研究中心(NCNR)的物理学家布奇说。"你可以用碲化铀来构建高效量子计算机的量子位."包括马里兰大学和埃姆斯实验室科学家在内的研究小组的发现发表在《今日科学》杂志上。他们的论文详细介绍了UTe 2不同寻常的性质，从技术应用和基础科学的角度来看都很有趣。

其中之一是通过UTe 2合作传导电子的不寻常方式。在铜线或其他普通导体中，电子以单个粒子的形式传播，但在所有SC中，它们形成所谓的库珀对。导致这些对的电磁相互作用就是材料超导电性的原因。这三位科学家配对发现后，对这种超导性的解释被称为BCS理论(并因此分享了诺贝尔奖)。

对于这个库珀配对来说，特别重要的是所有电子都具有的特性。它被称为量子“旋转”，这使得电子的行为好像每个电子都有一个小磁棒穿过它们。在大多数SCs中，成对电子的量子自旋都是朝一个方向的——一个电子点朝上，另一个电子点朝下。这种相反的配对叫做旋转单线态。

然而，少数已知的超导体不符合规范，UTe 2似乎是其中之一。他们的库珀对可以将他们的旋转定向为三种组合中的一种，使他们旋转三个一组。这些组合允许库珀平行旋转，而不是相反。大多数自旋三重态SCs也被预言为“拓扑”SCs，它们具有非常有用的性质，在这些SCs中，超导性将出现在材料的表面，即使面对外部干扰也将保持超导。

“这些平行旋转副可以帮助计算机维持其功能，”布奇说。“由于量子涨落，它不可能自发坍缩。”

到目前为止，所有的量子计算机都需要一种方法来纠正从周围环境传播的错误。长期以来，SC被认为作为量子计算机元件的基础具有普遍优势，量子计算机开发中的几项最新商业进展涉及超导体制成的电路。量子计算机可能采用的拓扑SC特性将具有不需要量子纠错的额外优势。

“我们想要拓扑SC，因为它可以为你提供无错量子位。它们可以有很长的使用寿命，”布奇说。"拓扑SC是量子计算的替代方案，因为它们可以保护量子位不受环境影响."

在探索铀基磁体时，该团队偶然发现了UTe 2。通过改变其化学、压力或磁场，可以根据需要调整其电子特性——当你需要可定制的材料时，这是一个有用的功能。(这些参数都不是基于放射性的。这种物质含有“贫化铀”，只有轻微的放射性。由UTe 2制成的量子位非常小，可以很容易地被计算机的其他部分屏蔽。该团队并不认为这种化合物具有他们发现的特征。

“UTe 2最初是在20世纪70年代创建的，甚至最近的研究文章都将其描述为简陋，”Butch说。“我们在合成相关材料的过程中碰巧制造了一些UTe 2，所以我们在较低的温度下进行了测试，看看是否有可能被忽略的现象。我们很快意识到我们手里有一些特别的东西。”

NIST团队开始在NCNR和马里兰大学用专业工具探索UTe 2。他们看到它在低温下(低于-271.5摄氏度，或1.6开尔文)成为超导体。它的超导特性类似于稀有超导体，也是铁磁性的，比如低温永磁体。然而奇怪的是，UTe 2本身并不是铁磁性的。“就因为这个原因，这使得UTe 2基本上是新的，”Butch说。

还具有很强的抗磁能力。通常情况下，场会破坏超导性，但根据场的应用方向，UTe 2可以承受高达35特斯拉的场。这是典型冰箱磁铁的3500倍，比大多数低温拓扑SC耐用许多倍。虽然团队还没有最终证明UTe 2是拓扑SC，但Butch表示，这种对强磁场的不同寻常的抵抗意味着它一定是自旋三重SC，因此它也可能是拓扑SC。这种电阻也可能有助于科学家理解UTe 2的性质和超导性本身。

“进一步探索它可能会让我们对这些平行旋转的SC的稳定性有更深入的了解，”他说。“SC研究的主要目标之一是很好地了解超导，这样我们就可以知道去哪里寻找未被发现的SC材料。我们现在不能这么做。所以它们是必不可少的？我们希望这些材料能告诉我们更多。”