通過將經典材料換成具有獨特量子特性的材料，科學家們製造了一種超導電路，該電路能夠實現長期以來被認為是不可能的功能。
這一發現由來自德國、荷蘭和美國的研究人員做出，顛覆了一個世紀以來關於超導電路本質以及如何馴服超導電路並將其投入實際應用的思想。
基於超導物理學的低浪費、高速電路可將超級計算技術提升到一個全新的水平。
不幸的是，使這種毫不費力的電流形式如此方便的特性也恰好在設計普通電氣元件的超導版本時產生了無窮無盡的挑戰。
以像二極體這樣簡單的東西為例。這個基本的電子單元就像電流的單向標誌，提供了一種調節、轉換和調整電子運動的方法。
在超導材料中，這些單個電子的身份變得模糊，形成庫珀對，其中每個粒子都有能力避免更典型的電流的能量消耗碰撞。
但是如果沒有通常的阻力定律起作用，科學家們就無法使超導電子沿單一方向行進，因為它們總是表現出所謂的「互惠」行為。
這個基本假說——超導性不能違反互易性(至少在沒有磁場操縱的情況下不能)——自該領域的研究一開始就一直存在。
「在70年代，IBM的科學家們嘗試了超導計算的想法，但不得不停止努力：在他們的論文中，IBM提到如果沒有非互易的超導性，就不可能在超導體上運行計算機。」
但現在一切都顛覆了，因為一項實驗顯示了一種帶有量子組件的連接點，這種連接點甚至能夠引導庫珀對沿著單向道行駛。
約瑟夫森結是非超導材料的薄條，將一對超導體材料分開。如果材料足夠薄，電子可以直接穿過它們而無需擔心。
在一定水平以下，這種「超電流」沒有電壓。在臨界點，會出現電壓快速振盪，可用於量子計算機等應用。
以前通過外部磁場確保超導體中的電流方向。但研究小組發現，如果他們使用基於金屬鈮的二維晶格，他們可以放棄磁場並僅依賴材料的量子特性。
「我們能夠僅剝離 Nb3Br8的幾個原子層，並製作出非常非常薄的三明治——只有幾個原子層厚——這是製造約瑟夫森二極體所需的，而普通3D材料是不可能做到的。」荷蘭代爾夫特理工大學的物理學家、首席研究員 Mazhar Ali說。
該團隊相信他們已經勾選了為他們的發現提供可靠案例所需的所有方框。儘管如此，在我們看到超導體成為下一代計算的核心之前還有很長的路要走。
一方面，超導現象通常發生在超低溫的材料中。或者是置於瘋狂的高壓力下。
了解基於這些新量子勢壘的約瑟夫森結如何在更高的溫度和壓力下運行最終可能會改變遊戲規則。
「這將影響各種社會和技術應用，如果20世紀是半導體的世紀，那麼21世紀可以成為超導體的世紀。」
這項研究發表在《自然》雜誌上。
