Nanofios ultrafinos podem ser um benefício para a computação quântica resistente a erros

Os pesquisadores fabricaram nanofios híbridos semicondutores-supercondutores ultrafinos medindo menos de 20 nm de diâmetro. Esses fios são mais finos do que os cultivados anteriormente e estão previstos para hospedar fenômenos conhecidos como modos zero de Majorana – o ingrediente principal dos chamados bits quânticos topológicos (qubits), que podem formar a base de um computador quântico estável e resistente a erros.

Originalmente, os modos zero de Majorana (MZMs) eram simplesmente uma construção matemática que permitia que um elétron fosse descrito teoricamente como sendo composto de duas metades. Do ponto de vista da computação quântica, eles são atraentes porque, se um elétron pode ser “dividido” em dois, a informação quântica que ele codifica será protegida de perturbações locais, desde que os “meios elétrons” possam ser armazenados longe um do outro. Segundo a teoria, essas entidades devem aparecer em uma configuração composta por um nanofio semicondutor envolto em um invólucro feito de um material supercondutor e colocado em um campo magnético.

Em teoria, o tipo mais simples de nanofio no qual os MZMs devem aparecer é um sistema de elétrons unidimensional – ou seja, aquele em que os elétrons ocupam uma única sub-banda eletrônica no semicondutor. Em experimentos, no entanto, várias sub-bandas são ocupadas.

Diâmetro inferior a 20 nm

Em um novo estudo, pesquisadores liderados por Jianhua Zhao e Dong Pan do Laboratório Chave do Estado de Superredes e Microestruturas, Instituto de Semicondutores, Academia Chinesa de Ciências, cresceram nanofios ultrafinos do semicondutor arsenieto de índio (InAs) cobertos com um no local filme de alumínio supercondutor epitaxial (Al) usando uma técnica chamada epitaxia de feixe molecular (MBE). Eles usaram um catalisador de prata (Ag) para fazer crescer os fios – uma técnica rotineiramente empregada nesse tipo de experimento. Os novos nanofios têm um diâmetro inferior a 20 nm, cinco vezes menor do que os nanofios semicondutores cultivados anteriormente usando essa abordagem.

O diâmetro dos fios depende do diâmetro do catalisador Ag, e Zhao explica que catalisadores Ag muito pequenos (variando de 5 a 40 nm) podem ser preparados usando o sistema MBE da equipe. A qualidade do cristal dos fios também depende do seu diâmetro e os fios cultivados no novo estudo são de alta qualidade.

Novo caminho para futuras pesquisas de MZMs

“Quando combinados com filmes supercondutores de Al, esses fios ultrafinos oferecem uma maneira possível de atingir o regime de menos sub-banda (e, finalmente, o regime de sub-banda único)”, Hao Zhang of Universidade de Tsinghua, que liderou as medições de transporte de elétrons no trabalho, conta Mundo da física. “Esses fios, portanto, abrem um novo caminho para explorar menos regimes de sub-banda para futuras pesquisas de MZMs”.

Graças a medidas básicas de características de transporte, os pesquisadores já descobriram dois fenômenos em seu sistema: uma lacuna supercondutora “dura” nas medidas de espectroscopia de tunelamento; e um “bloqueio Coulomb que preserva a paridade” nos chamados dispositivos de ilha híbrida. Ambos os fenômenos são ingredientes cruciais para futuras pesquisas de Majorana, explica Zhang.

A equipe diz que agora está procurando evidências mais fortes para MZMs medindo as propriedades de transporte quântico de suas estruturas ultrafinas de nanofios InAs-Al.

O trabalho é detalhado em Letras de Física Chinesa.

O posto Nanofios ultrafinos podem ser um benefício para a computação quântica resistente a erros apareceu pela primeira vez em Mundo da física.

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