Τα εξαιρετικά λεπτά νανοσύρματα θα μπορούσαν να είναι ένα όφελος για κβαντικούς υπολογιστές με αντοχή σε σφάλματα

Οι ερευνητές κατασκεύασαν εξαιρετικά λεπτά υβριδικά νανοσύρματα ημιαγωγών-υπεραγωγών με διάμετρο μικρότερο από 20 nm. Τέτοια καλώδια είναι λεπτότερα από αυτά που αναπτύχθηκαν προηγουμένως και προβλέπεται να φιλοξενούν φαινόμενα γνωστά ως Majorana zero modes - το βασικό συστατικό των λεγόμενων τοπολογικών κβαντικών bit (qubits), που θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση ενός σταθερού και ανθεκτικού σε σφάλματα κβαντικού υπολογιστή.

Αρχικά, οι μηδενικοί τρόποι Majorana (MZM) ήταν απλώς μια μαθηματική κατασκευή που επέτρεπε σε ένα ηλεκτρόνιο να περιγραφεί θεωρητικά ότι αποτελείται από δύο μισά. Από την οπτική γωνία των κβαντικών υπολογιστών, είναι ελκυστικά επειδή εάν ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να «χωριστεί» στα δύο, οι κβαντικές πληροφορίες που κωδικοποιεί θα προστατεύονται από τοπικές διαταραχές, εφόσον τα «μισά ηλεκτρόνια» μπορούν να αποθηκευτούν μακριά το ένα από το άλλο. Σύμφωνα με τη θεωρία, αυτές οι οντότητες θα πρέπει να εμφανίζονται σε μια διάταξη που αποτελείται από ένα ημιαγώγιμο νανοσύρμα τυλιγμένο σε ένα κέλυφος κατασκευασμένο από ένα υπεραγώγιμο υλικό και τοποθετημένο σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Θεωρητικά, ο απλούστερος τύπος νανοσύρματος στον οποίο θα πρέπει να εμφανίζονται τα MZM είναι ένα μονοδιάστατο σύστημα ηλεκτρονίων – δηλαδή, ένα στο οποίο τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν μια ενιαία ηλεκτρονική υποζώνη στον ημιαγωγό. Σε πειράματα, ωστόσο, καταλαμβάνονται πολλαπλές υποζώνες.

Διάμετρος μικρότερη από 20 nm

Σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές με επικεφαλής τον Jianhua Zhao και Dong Pan του State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, China Academy of Sciences, αναπτύχθηκε εξαιρετικά λεπτά νανοσύρματα του ημιαγωγού αρσενιδίου ινδίου (InAs) καλυμμένα με στο χώρο επιταξιακό υπεραγώγιμο φιλμ αλουμινίου (Al) χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται επιταξία μοριακής δέσμης (MBE). Χρησιμοποίησαν έναν καταλύτη αργύρου (Ag) για να αναπτύξουν τα σύρματα - μια τεχνική που χρησιμοποιείται συνήθως σε αυτό το είδος πειράματος. Τα νέα νανοσύρματα έχουν διάμετρο μικρότερη από 20 nm, η οποία είναι πέντε φορές μικρότερη από τα νανοσύρματα ημιαγωγών που είχαν αναπτυχθεί προηγουμένως με αυτήν την προσέγγιση.

Η διάμετρος των συρμάτων εξαρτάται από τη διάμετρο του καταλύτη Ag, και ο Zhao εξηγεί ότι πολύ μικροί καταλύτες Ag (που κυμαίνονται από 5 έως 40 nm) μπορούν να παρασκευαστούν χρησιμοποιώντας το σύστημα MBE της ομάδας. Η κρυσταλλική ποιότητα των συρμάτων εξαρτάται επίσης από τη διάμετρό τους και τα καλώδια που αναπτύσσονται στη νέα μελέτη είναι υψηλής ποιότητας.

Νέα οδός για μελλοντικές αναζητήσεις MZM

«Όταν συνδυάζονται με υπεραγώγιμα φιλμ Al, αυτά τα εξαιρετικά λεπτά σύρματα προσφέρουν έναν πιθανό τρόπο επίτευξης του καθεστώτος λιγότερης υποζώνης (και τελικά του καθεστώτος μιας υποζώνης)». Χάο Ζανγκ of Πανεπιστήμιο Tsinghua, ο οποίος οδήγησε τις μετρήσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων στην εργασία, λέει Κόσμος Φυσικής. «Αυτά τα καλώδια ανοίγουν επομένως μια νέα λεωφόρο για την εξερεύνηση λιγότερων καθεστώτων υποζώνης για μελλοντικές αναζητήσεις MZM».

Χάρη στις βασικές μετρήσεις χαρακτηριστικών μεταφοράς, οι ερευνητές έχουν ήδη ανακαλύψει δύο φαινόμενα στο σύστημά τους: ένα «σκληρό» υπεραγώγιμο χάσμα στις μετρήσεις φασματοσκοπίας σήραγγας. και ένα «μπλοκάρισμα Coulomb διατήρησης της ισοτιμίας» στις λεγόμενες υβριδικές συσκευές νησίδας. Και τα δύο φαινόμενα είναι κρίσιμα συστατικά για τις μελλοντικές αναζητήσεις Majorana, εξηγεί ο Zhang.

Η ομάδα λέει ότι τώρα αναζητά ισχυρότερα στοιχεία για τα MZM μετρώντας τις ιδιότητες κβαντικής μεταφοράς των εξαιρετικά λεπτών νανοσυρμάτων InAs-Al.

Η εργασία περιγράφεται αναλυτικά στο Κινεζικά γράμματα φυσικής.

Ο ορθοστάτης Τα εξαιρετικά λεπτά νανοσύρματα θα μπορούσαν να είναι ένα όφελος για κβαντικούς υπολογιστές με αντοχή σε σφάλματα εμφανίστηκε για πρώτη φορά σε Κόσμος Φυσικής.

• Coinsmart. Το καλύτερο ανταλλακτήριο Bitcoin και Crypto στην Ευρώπη.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΡΟΣΒΑΣΗ.
• CryptoHawk. Ραντάρ Altcoin. Δωρεάν δοκιμή.
• Πηγή: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-resistant-quantum-computing/