Ultratynde nanotråde kunne være en velsignelse for fejlbestandig kvanteberegning PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

Ultratynde nanotråde kunne være en velsignelse for fejlbestandig kvanteberegning

Tidsstempel: 27. maj 2022 kl. 5

Forskere har fremstillet ultratynde halvleder-superleder hybrid nanotråde, der måler mindre end 20 nm på tværs. Sådanne ledninger er tyndere end dem, der tidligere blev dyrket, og forventes at være vært for fænomener kendt som Majorana-nul-tilstande – kerneingrediensen i såkaldte topologiske kvantebits (qubits), som kunne danne grundlaget for en stabil og fejlbestandig kvantecomputer.

Oprindeligt var Majorana-nultilstande (MZM'er) simpelthen en matematisk konstruktion, der gjorde det muligt at beskrive en elektron teoretisk som værende sammensat af to halvdele. Fra et kvanteberegningsperspektiv er de attraktive, fordi hvis en elektron kan "deles" i to, vil den kvanteinformation, den koder, være beskyttet mod lokale forstyrrelser, så længe "halvelektronerne" kan opbevares langt væk fra hinanden. Ifølge teorien skulle disse entiteter optræde i et set-up bestående af en halvledende nanotråd pakket ind i en skal lavet af et superledende materiale og placeret i et magnetfelt.

I teorien er den enkleste type nanotråd, hvori MZM'er skal optræde, et endimensionelt elektronsystem - det vil sige et, hvor elektroner optager et enkelt elektronisk underbånd i halvlederen. I eksperimenter er flere underbånd dog optaget.

ultratynde halvleder-superleder hybrid nanotråde
De ultratynde halvleder-superleder hybrid nanotråde og transportkarakteristiske målinger. (Med høflighed: H Zhang)

Diameter på mindre end 20 nm

I en ny undersøgelse har forskere ledet af Jianhua Zhao og Dong Pan af State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, voksede ultratynde nanotråde af halvlederen indiumarsenid (InAs) dækket med en on-site epitaksial superledende aluminium (Al) film ved hjælp af en teknik kaldet molecular-beam epitaxy (MBE). De brugte en sølv (Ag) katalysator til at dyrke ledningerne - en teknik, der rutinemæssigt anvendes i denne type eksperiment. De nye nanotråde har en diameter på mindre end 20 nm, hvilket er fem gange mindre end halvleder nanotråde, der tidligere er dyrket ved hjælp af denne tilgang.

googletag.cmd.push (funktion () {googletag.display ('div-gpt-ad-3759129-1');});

Diameteren af ​​ledningerne afhænger af Ag-katalysatorens diameter, og Zhao forklarer, at meget små Ag-katalysatorer (spænder fra 5 til 40 nm) kan fremstilles ved hjælp af teamets MBE-system. Krystalkvaliteten af ​​ledningerne afhænger også af deres diameter, og ledningerne, der dyrkes i den nye undersøgelse, er af høj kvalitet.

Ny mulighed for fremtidige MZM-søgninger

"Når de kombineres med Al-superledende film, tilbyder disse ultratynde ledninger en mulig måde at nå det færre underbåndsregime (og i sidste ende det enkelte underbåndsregime)," Hao Zhang of Tsinghua University, der ledede elektrontransportmålingerne i arbejdet, fortæller Fysik verden. "Disse ledninger åbner derfor en ny vej til at udforske færre underbåndsregimer til fremtidige MZM-søgninger."

Takket være grundlæggende transportkarakteristiske målinger har forskerne allerede opdaget to fænomener i deres system: et "hårdt" superledende hul i tunnelspektroskopimålinger; og en "paritetsbevarende Coulomb-blokade" i såkaldte hybridø-enheder. Begge fænomener er afgørende ingredienser for fremtidige Majorana-søgninger, forklarer Zhang.

Holdet siger, at det nu leder efter stærkere beviser for MZM'er ved at måle kvantetransportegenskaberne af dets ultratynde InAs-Al nanotrådstrukturer.

Arbejdet er detaljeret i Kinesiske fysik bogstaver.

Stillingen Ultratynde nanotråde kunne være en velsignelse for fejlbestandig kvanteberegning dukkede først på Fysik verden.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden