超导材料应用于量子计算机,Nature子刊：超导超材料有望助力量子计算机的实现...

传统的计算机将信息存储在一个位中，即一个基本的逻辑单元，可以取值为0或1。量子计算机依靠量子位(也称为“量子比特”)作为它们的基本构建。传统计算机中的比特编码单个值要么是0要么是1。相比之下，量子比特的状态可以同时具有0和1的值。这种特殊属性是量子物理学基本定律的结果，它导致量子系统的巨大复杂性。

量子计算是一个新兴且快速发展的领域，有望利用这种复杂性来解决传统计算机难以解决的问题。然而，量子计算的一个关键挑战是它需要使大量的量子位一起工作，同时避免与外部环境的相互作用，这会破坏量子位的量子特性。

Oskar Painter实验室的John G Braun教授是工程与应用科学系的应用物理学和物理学教授，他利用其新研究探索了利用超导超材料来克服这一挑战。

超材料是通过将多种成分材料以小于光波长的比例组合而特别设计的，使其能够操纵光或光子粒子的行为。超材料可用于以几乎任何方式来反射、旋转或聚焦光束。它还可以创建一个频带，其中光子的传播完全被禁止，即所谓的“光子带隙”。

加州理工学院的研究团队利用光子带隙将微波光子捕获在超导量子电路中，为构建未来的量子计算机创造了一种很有前景的技术。

Painter是该研究团队的负责人，这项研究于9月12日在Nature Communications上发表。Painter 说：“原则上，这是一种可伸缩且灵活的基板，可在其上构建用于互连某些类型量子位的复杂电路。不仅可以使用量子位之间的连接的空间排列，而且还可以设计仅在某些所需频率处发生的连接。”

Painter和他的团队创建了一个由超导体薄膜组成的量子电路。超导体薄膜是一种可以传输电流而不会损失能量的材料。这些超导模式将微波从微芯片的一部分传输到另一部分。然而，使系统在量子状态下工作的原因是使用所谓的约瑟夫森结，该结由夹在两个超导电极之间的原子级薄的非导电层组成。约瑟夫森结产生了一种具有两种截然不同和孤立状态的微波光子源，就像原子的基态和激发态一样，它们参与光的发射，或者用量子计算的语言来讲，是一个量子比特。

Painter说：“超导量子电路允许人们使用微波电路进行基本的量子电动力学实验。我们相信用超导超材料增强这些电路可能会使未来的量子计算技术得以实现，并进一步研究更复杂的量子系统，这些系统超出了我们使用最强大的传统计算机模拟进行建模的能力。”

该论文的题目是“用于波导量子电动力学的超导超材料”。作者团队由加州理工学院Kavli纳米科学研究所博士后学者Mohammad Mirhosseini领导。共同作者包括博士后学者Andrew Keller、量子信息与物质研究所(IQIM)的Alp Sipahigil、以及研究生Eun Jong Kim、Vinicius Ferreira和Mahmoud Kalaee。这项工作是空军科学研究办公室(“量子光子物质”和“机械传感器接线量子网络”)的一对多学科大学研究计划的一部分，并与由Gordon和Betty Moore基金会支持的国家科学基金会物理前沿中心IQIM合作完成。

原文来自rdmag，原文题目：Superconducting Metamaterial Traps Quantum Light，由材料科技在线团队翻译整理。