阿尔托大学
该装置由一个微米级的铝超导体组成，它通过一层薄绝缘层与普通导体——金属铜——隔开
当超导体中的库珀对断裂时，准粒子会穿过绝缘层到达铜层，研究人员用电荷检测器对它们进行了观察
学分:阿尔托大学 高精度的测量提供了关于损害超导体效率的过程的重要线索
基于这项研究的未来工作可能会在一系列超导体设备上提供改进，比如量子计算机和灵敏的粒子探测器
超导性取决于库珀对中结合在一起的电子的存在
两个电子由于与金属晶格的相互作用而耦合在一起，尽管相距数百纳米，但彼此同步
低于临界温度时，这些库珀对就像一种不会耗散能量的流体，因此不会对电流产生阻力
但是库珀对有时会断裂，消散成两个准粒子——不成对的电子——这阻碍了超导体的性能
科学家们仍然不知道库珀对为什么会断裂，但是准粒子的存在将噪声引入了基于超导体的技术
“即使每十亿个库珀对中只有一个准粒子，这也会限制量子比特的性能，并阻止量子计算机完美运行，”艾尔莎·曼尼拉说，她在搬到芬兰VTT技术研究中心之前在阿尔托大学研究准粒子
“如果有更多的不成对粒子，量子比特的寿命也会更短，”她补充道
长时间的沉默 了解这些准粒子的起源——换句话说，知道库珀对为什么会断裂——将是提高超导体性能和许多依赖它们的技术的一步
为了回答这个问题，阿尔托的研究人员精确测量了超导体中库珀对断裂的动力学
“人们通常测量准粒子的平均数量，所以他们不知道随着时间的推移，序列是什么样的
阿尔托大学的朱卡·佩科拉教授解释说:“我们想弄清楚库珀对何时断裂，以及有多少对同时断裂。”
阿尔托的研究小组与隆德大学和VTT的研究人员一起，建立了一个实时检测少量准粒子的实验
该装置由一个微米级的铝超导体组成，它通过一层薄绝缘层与普通导体——金属铜——隔开
当超导体中的库珀对断裂时，准粒子会穿过绝缘层到达铜层，研究人员用电荷检测器对它们进行了观察
曼妮拉说:“真正的挑战是让许多东西协同工作。”
该分析依赖于只有少量准粒子，这意味着阿尔托的奥塔纳设备的实验必须屏蔽辐射和外部干扰，并冷却到接近绝对零度
研究人员还需要以微秒的分辨率实时检测隧道事件，这是通过芬兰和VTT量子技术公司开发的超低噪声超导放大器实现的
阵阵噪音 研究人员发现，库珀对会爆发，长时间的沉默会被极短的准粒子流打断
曼尼拉说:“出现的画面是，大部分时间是沉默，然后有时一对或多对库珀断裂，这导致了隧道效应的爆发。”
“因此，一次破碎事件可能会同时破碎多个库珀对
" 静默期比爆发长几个数量级
超导体在几秒钟内完全没有准粒子，这比量子位运行所需的时间要长得多
“人们总是想摆脱准粒子，”佩科拉说
“我们的研究标志着朝着建造功能理想的超导装置迈出了重要的一步
" 时间的痕迹 “究竟是什么让库珀对子破裂？这实际上是关键问题，”佩科拉说
打破库珀对的能量必须来自某个地方，研究人员观察到的动力学提供了一个重要的线索
在大约100天的时间里，研究人员发现准粒子爆发在他们的实验中变得不那么频繁了
曼尼拉说:“以前没有观察到依赖时间的库珀对断裂，所以这很有趣，也很令人惊讶。”
当他们重置仪器并再次尝试时，一个更有趣的结果出现了
佩科拉说:“当实验重新开始时，一切都从零开始。”
“准粒子出现的速度取决于我们将系统冷却到最低温度后的时间
" 这些动力学缩小了库珀对断裂的解释范围
任何外部来源，如宇宙射线和其他辐射源，都必须随着时间的推移变得不那么常见，并在大约100天后重置，以匹配实验中看到的变化
“这排除了许多或大多数已经提出的东西，”曼妮拉说
“我们已经表明，有些事情会有如此长的时间延迟，而这不是人们通常会寻找的东西
现在这个想法已经出现，人们可以在不同的系统中观察这些时间尺度来寻求解释
" 对佩科拉来说，准粒子事件的速率随时间而降低，但不是以指数方式，这一事实是打破库珀对的能量来源的重要线索
“开始时的不安可能源于材料中的杂质
这些杂质的冷却速度比设备慢得多，”他说
系统内的这些微小差异可能导致释放足够的能量来打破库珀对，尽管这仍然是猜测
佩科拉计划继续进行实验，使用两个或更多的探测器来确定这些准粒子的来源
通过在几个装置中寻找准粒子爆发之间的相关性，他希望获得更多的线索，精确地了解驱动库珀对断裂的过程发生在哪里
这项研究是利用国家开放获取研究基础设施OtaNano进行的
阿尔托研究小组也是芬兰量子研究所InstituteQ的一部分
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