陈根：研究发现——拓扑超导体LaPt3P

文/陈根

量子位（qubits）是量子计算机的基本单元，由单个离子(带电原子)实现，在特殊的半导体电路、超导体或其他系统中，对外部干扰或噪音十分敏感。另外，用于构建量子计算机的量子位越多，它就越脆弱，越容易出错。这种对外部干扰或噪声的脆弱性往往会消除量子计算机具有的潜在能力。

近日，由肯特大学和STFC卢瑟福-阿普尔顿实验室领导的研究，发现了一种新的稀有拓扑超导体--LaPt3P。这一发现可能对量子计算机的未来运行具有重大意义。

超导体又称为超导材料（superconductor），在特定温度下，其电阻为零，且具有完全的抗磁性。拓扑超导态是物质的一种新状态，有别于传统的超导体，拓扑超导体的表面存在厚度约1纳米的受拓扑保护的无能隙的金属态，内部则是超导体。如果把一个拓扑超导体一分为二，新的表面又自然出现一层厚度约1纳米的受拓扑保护的金属态。

研究发现，拓扑超导材料在磁场下的涡旋中心会产生马约拉纳费米子。由于马约拉纳费米子的反粒子就是它本身，其状态非常稳定，不易被传统的电磁或物理干扰破坏，可以被用于定义量子计算中的量子比特。

而量子比特具有相干性，其电子向右自旋和正电子向左自旋的状态相关联。和传统计算机不同，量子计算机的运算时间由于量子比特间的相干性的存在而有限制，经过一定的时间后，量子比特间一旦遇到外界实体的观测，会失去相干性，量子相干性衰减即为“退相干”，如果退相干时间不够长，就无法完成计算。

为了发挥量子计算的优势，硬件上需要保证量子比特的相干性，拓扑超导材料有助于解决传统量子比特的退相干问题，提高其存活时间，对于量子计算机领域的重要性不言而喻。

新发现的拓扑超导体LaPt3P，在量子计算领域具有巨大的潜力。发现这样一种罕见的、重要的成分，对于未来量子计算机的建造极具意义。