Ultradunne nanodraden kunnen een zegen zijn voor foutbestendige kwantumcomputing PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Ultradunne nanodraden kunnen een zegen zijn voor foutbestendige kwantumcomputers

Tijdstempel: 27 mei 2022 5:00 uur

Onderzoekers hebben ultradunne halfgeleider-supergeleider hybride nanodraden gefabriceerd met een diameter van minder dan 20 nm. Dergelijke draden zijn dunner dan de draden die eerder zijn gegroeid en er wordt voorspeld dat ze fenomenen bevatten die bekend staan ​​​​als Majorana-nulmodi - het kernbestanddeel van zogenaamde topologische kwantumbits (qubits), die de basis zouden kunnen vormen van een stabiele en foutbestendige kwantumcomputer.

Oorspronkelijk waren Majorana-nulmodi (MZM's) eenvoudigweg een wiskundige constructie waarmee een elektron theoretisch kon worden beschreven als zijnde samengesteld uit twee helften. Vanuit het perspectief van kwantumcomputers zijn ze aantrekkelijk omdat als een elektron in tweeën kan worden ‘gesplitst’, de kwantuminformatie die het codeert beschermd zal zijn tegen lokale verstoringen, zolang de ‘halve elektronen’ maar ver van elkaar verwijderd kunnen worden opgeslagen. Volgens de theorie zouden deze entiteiten moeten verschijnen in een opstelling bestaande uit een halfgeleidende nanodraad gewikkeld in een omhulsel van supergeleidend materiaal en geplaatst in een magnetisch veld.

In theorie is het eenvoudigste type nanodraad waarin MZM's zouden moeten verschijnen, een eendimensionaal elektronensysteem - dat wil zeggen een systeem waarin elektronen een enkele elektronische subband in de halfgeleider bezetten. Bij experimenten worden echter meerdere subbanden bezet.

ultradunne halfgeleider-supergeleider hybride nanodraden
De ultradunne halfgeleider-supergeleider hybride nanodraden en transportkarakteristieke metingen. (Met dank aan: H Zhang)

Diameter kleiner dan 20 nm

In een nieuwe studie hebben onderzoekers onder leiding van Jianhua Zhao en Dong Pan van de State Key Laboratory van superroosters en microstructuren, Institute of Semiconductors, Chinese Academie van Wetenschappengroeiden ultradunne nanodraden van de halfgeleider indiumarsenide (InAs), bedekt met een in situ epitaxiale supergeleidende aluminium (Al) film met behulp van een techniek genaamd moleculaire bundelepitaxie (MBE). Ze gebruikten een zilverkatalysator (Ag) om de draden te laten groeien – een techniek die routinematig wordt gebruikt bij dit soort experimenten. De nieuwe nanodraden hebben een diameter van minder dan 20 nm, wat vijf keer kleiner is dan halfgeleider nanodraden die eerder met deze aanpak werden gekweekt.

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

De diameter van de draden hangt af van de diameter van de Ag-katalysator, en Zhao legt uit dat zeer kleine Ag-katalysatoren (variërend van 5 tot 40 nm) kunnen worden bereid met behulp van het MBE-systeem van het team. De kristalkwaliteit van de draden hangt ook af van hun diameter en de draden die in het nieuwe onderzoek zijn gegroeid, zijn van hoge kwaliteit.

Nieuwe weg voor toekomstige MZM-zoekopdrachten

“In combinatie met Al-supergeleidende films bieden deze ultradunne draden een mogelijke manier om het regime met minder subbanden (en uiteindelijk het regime met één subband) te bereiken,” Hao Zhang of Tsinghua University, die de elektronentransportmetingen in het werk leidde, vertelt Natuurkunde wereld. “Deze draden openen daarom een ​​nieuwe weg voor het verkennen van minder subbandregimes voor toekomstige MZM-zoekopdrachten.”

Dankzij fundamentele metingen van transportkarakteristieken hebben de onderzoekers al twee fenomenen in hun systeem ontdekt: een ‘harde’ supergeleidende kloof in tunnelspectroscopiemetingen; en een “pariteitsbehoudende Coulomb-blokkade” in zogenaamde hybride eilandapparaten. Beide fenomenen zijn cruciale ingrediënten voor toekomstige Majorana-zoekopdrachten, legt Zhang uit.

Het team zegt dat het nu op zoek is naar sterker bewijs voor MZM's door de kwantumtransporteigenschappen van zijn ultradunne InAs-Al-nanodraadstructuren te meten.

Het werk is gedetailleerd in Chinese natuurkundebrieven.

De post Ultradunne nanodraden kunnen een zegen zijn voor foutbestendige kwantumcomputers verscheen eerst op Natuurkunde wereld.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld