極細ナノワイヤーは、エラー耐性のある量子コンピューティングに恩恵をもたらす可能性があります

研究者たちは、直径が20nm未満の極薄の半導体-超伝導体ハイブリッドナノワイヤーを製造しました。 このようなワイヤーは、以前に成長したワイヤーよりも細く、マヨラナゼロモードとして知られる現象をホストすると予測されています。これは、安定したエラー耐性のある量子コンピューターの基礎を形成できる、いわゆるトポロジカル量子ビット（キュービット）のコア成分です。

もともと、マヨラナ ゼロ モード (MZM) は、電子が XNUMX つの半分で構成されていると理論的に記述できるようにする単なる数学的構成でした。 量子コンピューティングの観点からは、電子を XNUMX つに「分割」できる場合、電子がエンコードする量子情報は、「半電子」が互いに遠く離れて保存できる限り、局所的な摂動から保護されるため、魅力的です。 理論によれば、これらの実体は、超伝導材料で作られたシェルに包まれた半導体ナノワイヤからなるセットアップで出現し、磁場に置かれるべきです。

理論的には、MZMが現れる最も単純なタイプのナノワイヤは、XNUMX次元の電子システム、つまり、電子が半導体内の単一の電子サブバンドを占めるシステムです。 ただし、実験では、複数のサブバンドが占有されます。

20nm未満の直径

新しい研究では、 建華趙 とドンパン 中国科学アカデミー、半導体研究所、超格子および微細構造の国家重点実験室、半導体インジウム砒素（InAs）の極薄ナノワイヤを成長させ、 現場の 分子線エピタキシー（MBE）と呼ばれる技術を用いたエピタキシャル超伝導アルミニウム（Al）膜。 彼らは、銀 (Ag) 触媒を使用してワイヤを成長させました。これは、この種の実験で日常的に使用されている手法です。 新しいナノワイヤの直径は 20 nm 未満で、このアプローチを使用して以前に成長させた半導体ナノワイヤの XNUMX 分の XNUMX です。

ワイヤの直径は Ag 触媒の直径に依存し、Zhao は、チームの MBE システムを使用して非常に小さな Ag 触媒 (5 ～ 40 nm の範囲) を調製できると説明しています。 ワイヤーの結晶品質は直径にも依存し、新しい研究で成長したワイヤーは高品質です。

将来のMZM検索のための新しい道

「Al 超伝導膜と組み合わせると、これらの極細ワイヤは、より少ないサブバンド体制 (そして最終的には単一サブバンド体制) に到達する可能性のある方法を提供します。」 ハオ・チャン of 清華大学この研究で電子輸送測定を主導した は、次のように語っています。 物理学の世界. 「したがって、これらのワイヤーは、将来のMZM検索のために、より少ないサブバンド体制を探索するための新しい道を開きます.」

基本的な輸送特性測定のおかげで、研究者はすでにシステム内の XNUMX つの現象を発見しました。 いわゆるハイブリッドアイランドデバイスにおける「パリティ保存クーロンブロッケード」。 両方の現象は、将来のマヨラナ検索の重要な要素である、と Zhang は説明します。

チームは、極薄の InAs-Al ナノワイヤ構造の量子輸送特性を測定することにより、MZM のより強力な証拠を探していると述べています。

作業の詳細は 中国の物理学の手紙.

ポスト 極細ナノワイヤーは、エラー耐性のある量子コンピューティングに恩恵をもたらす可能性があります 最初に登場した 物理学の世界.

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• 出典: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error- resistance-quantum-computing/