Üliõhukesed nanojuhtmed võivad olla veakindla kvantarvutuse õnnistuseks

Teadlased on valmistanud üliõhukesed pooljuht-ülijuhi hübriid-nanojuhtmed, mille läbimõõt on alla 20 nm. Sellised juhtmed on peenemad kui varem kasvatatud juhtmed ja ennustatakse, et nendes esinevad nähtused, mida tuntakse kui Majorana nullrežiimid – nn topoloogiliste kvantbittide (qubits) põhikomponent, mis võiks olla stabiilse ja veakindla kvantarvuti aluseks.

Algselt olid Majorana nullrežiimid (MZM) lihtsalt matemaatiline konstruktsioon, mis võimaldas elektroni teoreetiliselt kirjeldada kui kahest poolest koosnevat. Kvantarvutite vaatenurgast on need atraktiivsed, sest kui elektroni saab "jagada" kaheks, on selle kodeeritav kvantinformatsioon kaitstud kohalike häiringute eest seni, kuni "poolelektrone" saab hoida üksteisest kaugel. Teooria kohaselt peaksid need üksused esinema komplektis, mis koosneb ülijuhtivast materjalist kesta mähitud pooljuhtivast nanojuhtmest ja asetatakse magnetvälja.

Teoreetiliselt on lihtsaim nanojuhtme tüüp, milles MZM-id peaksid ilmuma, ühemõõtmeline elektronide süsteem, st selline, milles elektronid hõivavad pooljuhis ühe elektroonilise alamriba. Katsetes on aga hõivatud mitu alamriba.

Läbimõõt alla 20 nm

Uues uuringus juhtisid teadlased Jianhua Zhao ja Dong Pan Hiina Teaduste Akadeemia pooljuhtide instituut, ülivõrede ja mikrostruktuuride osariigi võtmelabor, kasvatas pooljuhtindiumarseniidist (InAs) üliõhukesi nanotraate, mis olid kaetud kohapealne epitaksiaalne ülijuhtiv alumiiniumkile (Al), kasutades tehnikat, mida nimetatakse molekulaarkiire epitaksiks (MBE). Nad kasutasid juhtmete kasvatamiseks hõbedast (Ag) katalüsaatorit – seda tehnikat, mida seda tüüpi katsetes rutiinselt kasutatakse. Uute nanojuhtmete läbimõõt on alla 20 nm, mis on viis korda väiksem kui varem seda lähenemisviisi kasutades kasvatatud pooljuht-nanojuhtmed.

Juhtmete läbimõõt sõltub Ag-katalüsaatori läbimõõdust ja Zhao selgitab, et meeskonna MBE-süsteemi abil saab valmistada väga väikeseid Ag-katalüsaatoreid (vahemikus 5–40 nm). Samuti sõltub juhtmete kristallide kvaliteet nende läbimõõdust ja uues uuringus kasvatatud traadid on kvaliteetsed.

Uus tee tulevaste MZM-ide otsingute jaoks

"Kombineerituna Al ülijuhtivate kiledega pakuvad need ülipeenikesed juhtmed võimalikku võimalust jõuda vähemate alamribade režiimini (ja lõpuks ka ühe alamriba režiimini)" Hao Zhang of Tsinghua Ülikool, kes juhtis töös elektronide transpordi mõõtmisi, räägib Füüsika maailm. "Need juhtmed avavad seetõttu uue võimaluse tulevaste MZM-i otsingute jaoks vähemate alamribade režiimide uurimiseks."

Tänu põhilistele transpordikarakteristiku mõõtmistele on teadlased oma süsteemis juba avastanud kaks nähtust: "kõva" ülijuhtiv tühimik tunnelspektroskoopia mõõtmistel; ja "paarsust säilitav Coulombi blokaad" niinimetatud hübriidsaarte seadmetes. Mõlemad nähtused on tulevaste Majorana otsingute jaoks üliolulised koostisosad, selgitab Zhang.

Meeskond ütleb, et otsib nüüd tugevamaid tõendeid MZM-ide kohta, mõõtes oma üliõhukeste InAs-Al nanotraatstruktuuride kvanttranspordi omadusi.

Töö on üksikasjalikult kirjeldatud Hiina füüsika kirjad.

Postitus Üliõhukesed nanojuhtmed võivad olla veakindla kvantarvutuse õnnistuseks ilmus esmalt Füüsika maailm.

• Münditark. Euroopa parim Bitcoini ja krüptobörs.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. TASUTA PÄÄS.
• CryptoHawk. Altcoini radar. Tasuta prooviversioon.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-proof-quantum-computing/