Ultracienkie nanodruty mogą być dobrodziejstwem dla odpornych na błędy obliczeń kwantowych

Naukowcy wyprodukowali ultracienkie hybrydowe nanoprzewody półprzewodnikowo-nadprzewodnikowe o średnicy mniejszej niż 20 nm. Takie przewody są cieńsze niż te hodowane wcześniej i przewiduje się, że będą się w nich pojawiać zjawiska znane jako tryby zerowe Majorany – podstawowy składnik tak zwanych topologicznych bitów kwantowych (kubitów), które mogą stanowić podstawę stabilnego i odpornego na błędy komputera kwantowego.

Pierwotnie mody zerowe Majorany (MZM) były po prostu konstrukcją matematyczną, która pozwalała teoretycznie opisać elektron jako złożony z dwóch połówek. Z punktu widzenia obliczeń kwantowych są atrakcyjne, ponieważ jeśli elektron można „podzielić” na dwie części, kodowana przez niego informacja kwantowa będzie chroniona przed lokalnymi zakłóceniami, o ile „półelektrony” będą mogły być przechowywane daleko od siebie. Zgodnie z teorią elementy te powinny występować w układzie składającym się z półprzewodnikowego nanodrutu owiniętego w powłokę wykonaną z materiału nadprzewodzącego i umieszczonego w polu magnetycznym.

Teoretycznie najprostszym rodzajem nanodrutu, w którym powinny pojawić się MZM, jest jednowymiarowy układ elektronowy – czyli taki, w którym elektrony zajmują pojedyncze podpasmo elektronowe w półprzewodniku. Jednak w eksperymentach zajętych jest wiele podpasm.

Średnica poniżej 20 nm

W nowym badaniu naukowcy pod kierunkiem Jianhua Zhao i Dong Pan z Państwowe Laboratorium Kluczowe Nadsieci i Mikrostruktur, Instytut Półprzewodników, Chińska Akademia Nauk, wyhodowali ultracienkie nanodruty z półprzewodnikowego arsenku indu (InAs) pokryte powłoką in situ epitaksjalną nadprzewodzącą warstwę aluminium (Al) przy użyciu techniki zwanej epitaksją z wiązek molekularnych (MBE). Do wyhodowania drutów wykorzystali katalizator srebrny (Ag) – technikę rutynowo stosowaną w tego typu eksperymentach. Nowe nanodruty mają średnicę mniejszą niż 20 nm, czyli pięć razy mniejszą niż nanodruty półprzewodnikowe hodowane wcześniej przy użyciu tego podejścia.

Średnica drutów zależy od średnicy katalizatora Ag, a Zhao wyjaśnia, że ​​przy użyciu opracowanego przez zespół systemu MBE można przygotować bardzo małe katalizatory Ag (od 5 do 40 nm). Jakość kryształów drutów zależy również od ich średnicy, a druty wyhodowane w nowym badaniu są wysokiej jakości.

Nowa droga dla przyszłych wyszukiwań MZMs

„W połączeniu z nadprzewodzącymi foliami Al te ultracienkie druty oferują możliwy sposób osiągnięcia reżimu mniejszej liczby podpasm (a ostatecznie reżimu pojedynczego podpasma)”. Hao Zhang of Tsinghua University, który w swojej pracy kierował pomiarami transportu elektronów, mówi Świat Fizyki. „Przewody te otwierają zatem nową drogę do badania mniejszej liczby reżimów podzakresów na potrzeby przyszłych poszukiwań MZM”.

Dzięki podstawowym pomiarom charakterystyki transportu badacze odkryli już w swoim układzie dwa zjawiska: „twardą” przerwę nadprzewodzącą w pomiarach spektroskopii tunelowej; oraz „zachowująca parytet blokada Coulomba” w tak zwanych hybrydowych urządzeniach wyspowych. Obydwa zjawiska są kluczowymi składnikami przyszłych poszukiwań na Majorce, wyjaśnia Zhang.

Zespół twierdzi, że poszukuje obecnie mocniejszych dowodów na istnienie MZM, mierząc właściwości transportu kwantowego ultracienkich struktur nanodrutów InAs-Al.

Praca jest szczegółowo opisana w Chińskie litery fizyki.

Post Ultracienkie nanodruty mogą być dobrodziejstwem dla odpornych na błędy obliczeń kwantowych pojawiła się najpierw na Świat Fizyki.

• Coinsmart. Najlepsza w Europie giełda bitcoinów i kryptowalut.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. DARMOWY DOSTĘP.
• CryptoJastrząb. Radar Altcoin. Bezpłatna wersja próbna.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-proof-quantum-computing/