“完美的量子门户在异国情调的界面出现”

马里兰大学的研究人员获得了迄今为止最直接的证据，即量子的癖好使粒子通过障碍物。 就好像它不存在一样。 结果发表在2019年6月20日《自然》杂志的封面上，允许工程师为未来的量子计算机、量子传感器和其他设备设计更统一的组件。

新的实验是对客户端隧道的注意，这是更常见的量子现象的特例。 在量子世界里，隧道效应使电子之类的粒子能够穿过势垒，即使没有足够的能量实际上可以攀登。 高垒一般会变得更硬，使更少的粒子通过。

屏障完全透明后，将产生klein隧道效应，打开穿过粒子的入口，而与屏障的高度无关。 umd纳米物理先进材料中心( cnam )、联合量子研究所) jqi )和聚集态物理理论中心) cmtc )的科学家和工程师被任命为umd的材料科学与工程系和物理系，取得了最有说服力的测量结果。

克莱因隧道是相对论的效果，最初是在近100年前预测的。 umd材料科学工程学( mse )教授、新研究的高级作者竹内一郎说。 但直到最近，你才能注意到它。

作为最初预测的客户端隧道证据的高能量子粒子的移动几乎不可能收集到接近光速的世界。 但是，在过去的几十年中，科学家们发现，控制快速移动的量子粒子的一点规则也适用于在有点罕见的材料表面附近行进的比较缓慢的粒子。

研究人员在新的研究中采用的这类材料之一是六硼化钐( smb6)，该物质在低温下会成为拓扑绝缘体。 在木材、橡胶、空气体等普通绝缘体中，电子被捕获，即使施加电压也不能移动。 这是因为，与金属线中的自由游动同志不同，绝缘体中的电子不能传导电流。

smb6等拓扑绝缘体看起来像混合材料。 在足够低的温度下，smb6的内部是绝缘体，但表面是金属，能够进行电子的自由移动。 另外，电子移动的方向被锁定在称为自旋的固有量子特征上，可以向上或向下取向。 例如，向右移动的电子总是向上旋转，向左移动的电子则向下旋转。

但是，smb6的金属表面不足以发现客户端隧道。 事实上，takeuchi和同事需要将smb6的表面变成超导体，这种材料可以毫无电阻地传导电流。

为了把smb6变成超导体，他们在六硼化钇( yb6 )上放置了一层薄薄膜。 当整个组件冷却到绝对零度以上几度时，yb6将成为超导体，同时由于其接近，smb6的金属表面也将成为超导体。

umna物理学教授、cnam主任、这篇研究论文的共同作者johnpierre paglione说，这是偶然性的，smb6及其钇交换的亲属共享相同的晶体结构。 但是，我们拥有的多学科团队是取得这一成功的关键之一。 paglione补充说，拓扑物理学、薄膜合成、光谱学和理论理解的专家让我们实现了这些。

这个组合表示注意客户端隧道的正确组合。 通过使微小的金属顶端接触smb6的上部，该团队测量了从顶端到超导体的电子传输。 他们注意到了完全两倍的电导。 测量通过材料的电流随着电压的变化如何变化。

我们第一次注意到倍增的时候，我不相信那个。 竹内说。 毕竟，这是罕见的提醒，所以我请博士后孙浑勒和研究科学家张晓航再次回去做实验。

当takeuchi和他的实验同事确信测量结果是正确的时候，他们一开始不知道双重电导的来源。 所以他们开始寻找解释。 umd的victor galitski、jqi研究员、物理学教授和cmtc成员提出了可能与klein隧道挖掘有关的建议。

起初，这只是预感，加利茨基说。 但是随着时间的推移，人们越来越相信克莱因的剧情实际上可能是引起注意的根本原因。

mse的副研究员、jqi的研究科学家valentin stanev受到galitski的预感，研究了smb6系统中klein隧道效应如何出现的细致理论。 最终将预测和实验数据进行了一致。

该理论认为，客户端隧道效应在该系统中表现为andreev反射的完美形式，该效应存在于金属和超导体之间的各个边界。 每当来自金属的电子跳跃到超导体时，就会发生andreev反射。 在超导体内部，电子不得不成对生存，所以电子一旦跳跃，电子就会拾取同伴。

为了平衡跳跃前后的电荷，带有相反电荷的粒子科学家被称为孔，必须被金属反射。 这是andreev反省的标志。 一个电子进去了，一个洞回来了。 同时向一个方向移动的空孔具有与向相反方向移动的电子相同的电流，因此整个这个过程将导电率提高两倍，因此客户端隧道贯穿金属和拓扑超导体边界的特征。

在金属和超导体之间的普通结中，总是存在一点不会引起跳跃的电子。 扩大边界，减少andreev反射的数量，防止电导的准确两倍。

但是，由于smb6表面电子的运动方向与自旋有关，所以边界附近的电子不会反弹，意味着直接进入超导体。

石墨烯也见过克莱因隧道，竹内说。 但这里是超导体，所以我说效果更壮观。 你得到的准确地加倍了，散射完全消除了。 石墨烯实验没有类似的东西。

超导体与其他材料的连接是在一点上提出的量子计算机架构和精密传感器器件中的成分。 takeuchi表示，这些部件的祸根在每个连接点上略有不同，需要无限的调整和校准才能实现最佳性能。 但是，随着smb6中的克莱因隧道，研究者最终有可能处理这个不规则的问题。

在电子产品中，设备到设备的传输是最大的敌人，takeuchi说。 这是摆脱变异的现象。

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