Ultraohuet nanolangat voisivat olla siunaus virheenkestävälle kvanttilaskentaan

Tutkijat ovat valmistaneet ultraohuita puolijohde-suprajohdehybridiananojohtimia, joiden halkaisija on alle 20 nm. Tällaiset johdot ovat ohuempia kuin aiemmin kasvatetut, ja niiden ennustetaan isännöivän ilmiöitä, jotka tunnetaan nimellä Majorana nolla -moodit - niin sanottujen topologisten kvanttibittien (qubits) ydinainesosa, joka voisi muodostaa perustan vakaalle ja virheettömälle kvanttitietokoneelle.

Alun perin Majoranan nollamoodit (MZM) olivat yksinkertaisesti matemaattinen rakenne, jonka avulla elektronin voitiin kuvata teoreettisesti koostuvan kahdesta puolikkaasta. Kvanttilaskennan näkökulmasta ne ovat houkuttelevia, koska jos elektroni voidaan "jakaa" kahtia, sen koodaama kvanttiinformaatio on suojattu paikallisilta häiriöiltä, ​​kunhan "puolielektronit" voidaan tallentaa kaukana toisistaan. Teorian mukaan näiden kokonaisuuksien pitäisi esiintyä kokoonpanossa, joka koostuu puolijohtavasta nanolangasta, joka on kääritty suprajohtavasta materiaalista valmistettuun kuoreen ja sijoitettu magneettikenttään.

Teoriassa yksinkertaisin nanolankatyyppi, jossa MZM:ien pitäisi esiintyä, on yksiulotteinen elektronijärjestelmä – eli sellainen, jossa elektronit miehittävät yhden elektronisen osakaistan puolijohteessa. Kokeissa on kuitenkin varattu useita osakaistoja.

Halkaisija alle 20 nm

Uudessa tutkimuksessa tutkijat johtivat Jianhua Zhao ja Dong Pan Superhilojen ja mikrorakenteiden valtion avainlaboratorio, Puolijohteiden instituutti, Kiinan tiedeakatemia, kasvatti erittäin ohuita puolijohde-indiumarsenidin (InAs) nanolankoja, jotka on peitetty on-site epitaksiaalinen suprajohtava alumiinikalvo (Al) käyttämällä tekniikkaa, jota kutsutaan molekyylisädeepitaksiksi (MBE). He käyttivät hopeakatalyyttiä (Ag) lankojen kasvattamiseen - tekniikkaa, jota käytetään rutiininomaisesti tämäntyyppisissä kokeissa. Uusien nanolankojen halkaisija on alle 20 nm, mikä on viisi kertaa pienempi kuin tällä menetelmällä aiemmin kasvatetut puolijohteenanolangat.

Johtojen halkaisija riippuu Ag-katalyytin halkaisijasta, ja Zhao selittää, että erittäin pieniä Ag-katalyyttejä (vaihtelevat 5-40 nm) voidaan valmistaa käyttämällä ryhmän MBE-järjestelmää. Johtojen kidelaatu riippuu myös niiden halkaisijasta ja uudessa tutkimuksessa kasvatetut langat ovat korkealaatuisia.

Uusi tie tuleville MZM-hauille

"Yhdistettynä Al-suprajohtaviin kalvoihin nämä ultraohuet johdot tarjoavat mahdollisen tavan saavuttaa harvemman osakaistan järjestelmä (ja viime kädessä yhden osakaistan järjestelmä)" Hao Zhang of Tsinghuan yliopisto, joka johti työssä elektroninkuljetusmittauksia, kertoo Fysiikan maailma. "Nämä johdot avaavat siksi uuden tien tutkia vähemmän alakaistajärjestelmiä tulevia MZM-hakuja varten."

Kuljetusominaisuuksien perusmittausten ansiosta tutkijat ovat jo löytäneet järjestelmästään kaksi ilmiötä: "kova" suprajohtava aukko tunnelispektroskopiassa; ja "pariteettia säilyttävä Coulombin saarto" niin sanotuissa hybridisaarilaitteissa. Molemmat ilmiöt ovat tärkeitä ainesosia tulevissa Majorana-hauissa, Zhang selittää.

Tiimi sanoo etsivänsä nyt vahvempaa näyttöä MZM:istä mittaamalla sen erittäin ohuiden InAs-Al-nanolankarakenteiden kvanttikuljetusominaisuuksia.

Työ on kuvattu yksityiskohtaisesti Kiinan fysiikan kirjeet.

Viesti Ultraohuet nanolangat voisivat olla siunaus virheenkestävälle kvanttilaskentaan ilmestyi ensin Fysiikan maailma.

• Coinsmart. Euroopan paras Bitcoin- ja kryptopörssi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. VAPAA PÄÄSY.
• CryptoHawk. Altcoinin tutka. Ilmainen kokeilu.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-proof-quantum-computing/