據外媒報導，自從2019年獲得2500萬美元的撥款、成為第一個美國國家科學基金會（NSF）的Quantum Foundry以來，研究人員一直在努力開發能夠實現基於量子資訊技術的材料，用於量子計算、通信、感應和類比等應用。 現在他們可能已經做到了。

在《自然-材料》雜誌上發表的一篇新論文中，Quantum Foundry 聯合主任、加州大學洛杉磯分校材料學教授Stephen Wilson和多名合著者，包括普林斯頓大學的主要合作者，研究了Quantum Foundry開發的一種新材料，作為候選超導體（一種電阻消失和完全抗磁性的材料）–在未來的量子計算中可能有用。

此前，Wilson領導的研究小組在《物理評論快報》雜誌上發表了一篇論文，描述了一種新材料–cesium vanadium antimonide （CsV3Sb5），它表現出一種令人驚訝的混合特性，涉及一種與超導狀態交織的自組織電荷圖案。 這一發現是由Elings公司的博士後研究員Brenden R. Ortiz完成的。 Wilson表示，事實證明，這些特徵是一些相關材料所共有的，包括RbV3Sb5和KV3Sb5，後者（一種鉀、釩和銻的混合物）是這篇最新論文的主題。

Wilson指出，這組化合物中的材料”被預測為擁有有趣的電荷密度波物理學（即它們的電子在化合物中的金屬位點上自組織成一種非均勻的模式）。 這種電子的自組織圖案的特殊性質是目前工作的重點」。

這種預測的電荷密度波狀態和其他奇特的物理學源於這些材料內部的釩（V）離子網路，它們形成了一個被稱為可果美晶格的三角形的分角網路。 KV3Sb5被發現是一種由可果美晶格平面構建的稀有金屬，也是一種超導材料。 該材料的一些其他特徵使研究人員推測，其中的電荷可能形成微小的電流環，從而產生局部磁場。

材料科學家和物理學家長期以來一直預測，可以製造出一種材料，它將表現出一種電荷密度波秩序，打破所謂的時間反轉對稱性。 “這意味著它有一個磁矩，或一個場，與它相關，”Wilson說。 “你可以想像，在可果美晶格上有某些圖案，電荷在一個小環中移動。 那個環就像一個電流環，它將給你一個磁場。 這樣的狀態將是一種新的物質電子狀態，並將對潛在的非常規超導性產生重要影響。 ”

Wilson小組的作用是製造這種材料，並對其體積特性進行描述。 普林斯頓大學團隊然後使用高解析度掃描隧道顯微鏡（STM）來識別他們認為是這種狀態的特徵。 Wilson說：「這些特徵也被假設為存在於其他異常超導體中，比如那些在高溫下超導的超導體，儘管它還沒有被明確顯示出來。 ”

STM的工作原理是通過在一個表面上掃描一個非常尖銳的金屬線頭。 通過使尖端非常接近表面，並對尖端或樣品施加電壓，可以對表面進行成像，甚至可以分辨出單個原子和電子分組的位置。 在論文中，研究人員描述了看到並分析了電子電荷的秩序模式，該模式隨著磁場的施加而變化。 這種與外部磁場的耦合表明有一種電荷密度波狀態，它創造了自己的磁場。

這正是 Quantum Foundry 成立時的工作。 “Quantum Foundry的貢獻是重要的，”Wilson說。 “它在開發這些材料方面發揮了主導作用，研究人員在這些材料中發現了超導性，然後發現了表明它們可能擁有電荷密度波的信號。 現在，全世界都在研究這些材料，因為它們具有許多不同群體感興趣的各個方面。

“他繼續說：”例如，量子信息領域的人對它們感興趣，認為它們是潛在的拓撲超導體。 研究拓撲金屬新物理學的人對它們感興趣，因為它們有可能承載有趣的相關效應，定義為電子相互作用，這有可能是這種電荷密度波狀態的起源。 而且它們對那些追求高溫超導的人來說是有意義的，因為它們有一些元素似乎將它們與那些材料中的一些特徵聯繫起來，儘管KV3Sb5在相當低的溫度下超導。 “

如果KV3Sb5被證明是它被懷疑的那樣，它可以被用來製造一個在量子資訊應用中有用的拓撲量子比特。 例如，Wilson說：「在製造拓撲計算機時，人們希望製造出性能因材料中的對稱性而增強的量子比特，這意味著它們不傾向於退相干（轉瞬即逝的糾纏量子態的退相干是量子計算的一個主要障礙），因此對傳統糾錯的需求減少了。 ”

他補充說：「只有某些種類的狀態你可以找到，可以作為拓撲量子比特，而拓撲超導體有望承載一個。 這樣的材料是罕見的。 這個系統可能對此有興趣，但它遠未被證實，而且很難證實它是否是。 在瞭解這一類新的超導體方面還有很多工作要做。 ”