KTH皇家理工学院和斯坦福大学的一项新研究修订了我们对超导体中量子漩涡的理解。图为一位艺术家对量子漩涡的描绘。来源:Greg Stewart, SLAC国家加速器实验室

研究人员重新定义了我们对超导体中量子漩涡的理解，表明它们可以存在ntain fractioNal量子通量，co与之前的理论相反。这一突破性的发现，涉及操纵量子漩涡，为超级计算机开辟了新的潜在应用nducting电网卡和计算。

在超导体内部，电子的小龙卷风，被称为量子漩涡，可以发生，这在超导应用中有重要的意义，比如量子传感器。一个国际研究小组报告说，现在发现了一种新的超导涡旋。

斯德哥尔摩KTH皇家理工学院教授Egor Babaev说，这项研究基于2003年诺贝尔奖中关于量子漩涡的工作，修订了对电子流如何在超导体中发生的普遍理解。KTH的研究人员与来自斯坦福大学、上海TD Lee研究所和筑波aiST的研究人员一起发现，超导体中涡流产生的磁通量可以被划分成比想象的更大的范围。

这代表了对超导基本原理的新见解，也有可能应用于超导电子学。

当外部磁场作用于超导体时，就会产生磁通量漩涡。磁场以量子化磁通管的形式穿透超导体，磁通管形成涡流。Babaev说，最初的研究认为，量子漩涡通过超导体，每个超导体携带一个量子的磁通量。但是在早期的超导理论中，量子通量的任意分数是不可能的。

Babaev的合著者，研究科学家Yusuke Iguchi和Kathryn a . Moler教授，利用斯坦福大学的超导量子干涉装置(SQUID)，在微观层面上证明了量子漩涡可以存在于单个电子带中。Moler说，该团队能够创造并围绕这些分数量子漩涡移动。

“Babaev教授多年来一直告诉我，我们可以看到这样的东西，但我不相信，直到井口博士真的看到了，并进行了大量的详细检查，”她说。

斯坦福大学的研究人员发现这种现象的最初观察“非常罕见”，井口说，他们在不同的地点和温度下重复了75次实验。

这项工作证实了Babaev 20年前发表的一个预测，他认为在某些种类的晶体中，超导材料的一部分电子可以形成顺时针循环的漩涡，而其他电子可以同时形成逆时针循环的漩涡。“这些组合的量子龙卷风可以携带任意比例的通量量子，”他说。

“这改变了我们对超导体中量子漩涡的理解，”他说。

Moler肯定了这一结论。她说:“25年来，我一直在研究新型超导体中的涡流，但我以前从未见过这种现象。”

Babaev说，量子涡旋的稳健性和控制它们的可能性表明，量子涡旋可能被用作超导计算机的信息载体。

Babaev说:“我们获得的知识，我们的同事井口博士和斯坦福大学的Moler教授介绍的引人注目的方法，从长远来看可能对某些量子计算平台有潜在的帮助。”

参考文献:“超导涡旋携带通量量子的温度依赖部分”，作者:Yusuke Iguchi, Ruby a . Shi, Kunihiro Kihou, Chul-Ho Lee, Mats Barkman, Andrea L. Benfenati, Vadim Grinenko, Egor Babaev和Kathryn a . Moler, 2023年6月1日，Science。DOI: 10.1126 / science.abp9979