Ultratynne nanotråder kan være en velsignelse for feilbestandig kvantedatabehandling PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Ultratynne nanotråder kan være en velsignelse for feilbestandig kvanteberegning

Tidsstempel: 27. mai 2022 5:00

Forskere har laget ultratynne halvleder-superleder hybrid nanotråder som måler mindre enn 20 nm på tvers. Slike ledninger er tynnere enn de som ble dyrket tidligere og er spådd å være vertsfenomener kjent som Majorana zero-moduser – kjerneingrediensen i såkalte topologiske kvantebiter (qubits), som kan danne grunnlaget for en stabil og feilbestandig kvantedatamaskin.

Opprinnelig var Majorana nullmoduser (MZMs) ganske enkelt en matematisk konstruksjon som gjorde at et elektron kunne beskrives teoretisk som å være sammensatt av to halvdeler. Fra et kvanteberegningsperspektiv er de attraktive fordi hvis et elektron kan "deles" i to, vil kvanteinformasjonen det koder for, være beskyttet mot lokale forstyrrelser så lenge "halvelektronene" kan lagres langt unna hverandre. I følge teorien skal disse enhetene vises i et oppsett bestående av en halvledende nanotråd pakket inn i et skall laget av et superledende materiale og plassert i et magnetfelt.

I teorien er den enkleste typen nanotråd som MZM-er skal vises i, et endimensjonalt elektronsystem - det vil si et hvor elektroner okkuperer et enkelt elektronisk underbånd i halvlederen. I eksperimenter er imidlertid flere underbånd okkupert.

ultratynne halvleder-superleder hybrid nanotråder
De ultratynne halvleder-superleder hybrid nanotråder og transportkarakteristiske målinger. (Med tillatelse: H Zhang)

Diameter på mindre enn 20 nm

I en ny studie har forskere ledet av Jianhua Zhao og Dong Pan av State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, vokste ultratynne nanotråder av halvlederen indiumarsenid (InAs) dekket med en in situ epitaksial superledende aluminium (Al) film ved bruk av en teknikk kalt molekylærstråleepitaksi (MBE). De brukte en sølv (Ag) katalysator for å dyrke ledningene - en teknikk som rutinemessig brukes i denne typen eksperimenter. De nye nanotrådene har en diameter på mindre enn 20 nm, som er fem ganger mindre enn halvledernanotråder som tidligere ble dyrket ved hjelp av denne tilnærmingen.

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

Diameteren på ledningene avhenger av diameteren til Ag-katalysatoren, og Zhao forklarer at veldig små Ag-katalysatorer (som varierer fra 5 til 40 nm) kan tilberedes ved å bruke lagets MBE-system. Krystallkvaliteten på ledningene avhenger også av diameteren og ledningene som dyrkes i den nye studien er av høy kvalitet.

Ny vei for fremtidige MZM-søk

"Når de kombineres med Al-superledende filmer, tilbyr disse ultratynne ledningene en mulig måte å nå de færreste underbåndsregimet (og til slutt enkeltunderbåndsregimet)," Hao Zhang of Tsinghua University, som ledet elektrontransportmålingene i arbeidet, forteller Fysikkens verden. "Disse ledningene åpner derfor en ny vei for å utforske færre underbåndsregimer for fremtidige MZM-søk."

Takket være grunnleggende transportkarakteristiske målinger har forskerne allerede oppdaget to fenomener i systemet deres: et "hardt" superledende gap i tunnelspektroskopimålinger; og en "paritetsbevarende Coulomb-blokade" i såkalte hybridøy-enheter. Begge fenomenene er avgjørende ingredienser for fremtidige Majorana-søk, forklarer Zhang.

Teamet sier at de nå ser etter sterkere bevis for MZMs ved å måle kvantetransportegenskapene til dens ultratine InAs-Al nanotrådstrukturer.

Arbeidet er detaljert i Kinesiske fysikkbokstaver.

Innlegget Ultratynne nanotråder kan være en velsignelse for feilbestandig kvanteberegning dukket først på Fysikkens verden.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden