从出土的时间胶囊中，麻省理工学院发现了约瑟夫森结的替代品

1956年，麻省理工学院研究员达德利·巴克发表了一篇关于一种叫做低温加速器的超导开关该公司原本打算与当代真空管开关竞争。1959年巴克去世后，这项技术或多或少也随他一起消亡了。众所周知，半导体取代了真空管。

达德利·巴克，低温加速器的发明者。图片由麻省理工学院技术评论

低温加速器被遗忘了近60年，直到2015年，在挖掘麻省理工学院纳米技术中心的基础时，工作人员发现了一个时间胶囊。其中包括关于低温加速器的信息，在现代将技术带回生活。

自从这一奇迹般的事件发生后，低温加速器就成为了量子计算研究的灵感源泉。今天，麻省理工学院的研究人员从低温加速器中获得了灵感，在超导电子学中寻找一种替代约瑟夫森结的新方法。

简单介绍一下超导的背景知识

超导技术是基于这样一个事实:当材料达到某一“临界温度”时，金属就会从正常状态过渡到材料没有阻力的超导状态。这是因为，在超导状态下，电子受到轻微的吸引力，导致它们成对，从而使它们处于较低的能量状态。

由于处于这种较低的能量状态，电子不会被材料的离子晶格散射，离子晶格是描述电阻的基本机制。

超导体在临界温度点以下的电阻为零。图片由欧洲核子研究中心

当通过超导体的电流低于某个“临界电流”水平时，超导体上的电压为零。然而，一旦超过这个临界电流，电压就不再为零，而是随着时间振荡。

什么是约瑟夫森结?

在超导电子的世界里约瑟夫森结(JJ)因为它是量子计算中量子比特的一个很好的候选者，所以成为了一个热门的研究课题。该技术根据临界电流和作为比特的超导体电压的状态来检测超导状态的变化。

约瑟夫森结的工作原理。图片由HyperPhysics

简而言之，JJ指的是一种由非超导材料制成的装置，这种材料被放置在两种超导材料之间。这项技术以约瑟夫森效应的创始人布莱恩约瑟夫森的名字命名，约瑟夫森效应描述了超导电子对如何在JJ中穿过绝缘材料从一种超导体到另一种超导体。

JJ的一个局限性是它对外界噪音非常敏感，这使得该技术很难与当代电子设备进行交互。除此之外，它们的制造也非常困难和昂贵。

Nano-Cryotron研究

现在，受低温加速器的启发，麻省理工学院的研究人员正在开发一种新设备来与JJ抗衡。

这种新设备被称为纳米低温加速器它由一根被称为“通道”的超导导线组成，“通道”与一根更小的导线“扼流圈”相交。当扼流圈导通某一电流(大概在临界电流以上)时，它就失去了超导性并开始升温。热量传播到通道，导致它失去超导状态。

纳米低温加速器的部分灵感来自于50年代巴克的原始低温加速器。图片由维基共享

由于新设备会发生基于热的状态变化，与JJ相比，它对外界噪音的影响要小得多，使其更容易与传统电子设备连接。此外，由于该设备由纳米线组成，而不是复杂的连接点，因此该设备更容易制造。

据麻省理工学院称，研究人员已经对该设备进行了概念验证，使用纳米低温加速器来添加二进制数字。他们还声称已经成功地将该技术与经典电子产品结合起来。

一个代替JJ的人?

虽然这项技术还处于起步阶段，但麻省理工学院的研究人员希望，纳米低温加速器能够推动量子计算的发展，提供一种廉价、不那么敏感的JJ替代品。

除此之外，研究人员计划探索新的计算方法。beplay体育下载不了这个项目的首席研究员Karl Berggen说:“我们在这里做基础研究。我们对应用程序感兴趣的同时，我们也感兴趣的是:有哪些不同的方式来进行计算?作为一个社会，我们真正关注的是半导体和晶体管。但我们想知道还有什么可能存在。”