Nanofirele ultrasubțiri ar putea fi un avantaj pentru calculul cuantic rezistent la erori

Cercetătorii au fabricat nanofire hibride ultrasubțiri semiconductor-superconductor care măsoară mai puțin de 20 nm. Astfel de fire sunt mai subțiri decât cele cultivate anterior și se preconizează că vor găzdui fenomene cunoscute sub numele de moduri zero Majorana - ingredientul de bază al așa-numiților biți cuantici topologici (qubiți), care ar putea forma baza unui computer cuantic stabil și rezistent la erori.

Inițial, modurile zero Majorana (MZMs) erau pur și simplu o construcție matematică care permitea unui electron să fie descris teoretic ca fiind compus din două jumătăți. Dintr-o perspectivă de calcul cuantic, ele sunt atractive, deoarece dacă un electron poate fi „împărțit” în două, informațiile cuantice pe care le codifică vor fi protejate de perturbațiile locale atâta timp cât „semi-electronii” pot fi stocați departe unul de celălalt. Conform teoriei, aceste entități ar trebui să apară într-un set-up constând dintr-un nanofir semiconductor învelit într-o carcasă realizată dintr-un material supraconductor și plasat într-un câmp magnetic.

În teorie, cel mai simplu tip de nanofire în care ar trebui să apară MZM-urile este un sistem de electroni unidimensional – adică unul în care electronii ocupă o singură sub-bandă electronică în semiconductor. În experimente, totuși, sunt ocupate mai multe sub-benzi.

Diametru mai mic de 20 nm

Într-un nou studiu, cercetătorii conduși de Jianhua Zhao și Dong Pan din Laboratorul cheie de stat de superlatice și microstructuri, Institutul de semiconductori, Academia Chineză de Științe, au crescut nanofire ultrasubțiri ale semiconductorului de arseniură de indiu (InAs) acoperite cu un in situ film supraconductor epitaxial de aluminiu (Al) folosind o tehnică numită epitaxie cu fascicul molecular (MBE). Ei au folosit un catalizator de argint (Ag) pentru a crește firele - o tehnică folosită în mod obișnuit în acest tip de experiment. Noile nanofire au un diametru mai mic de 20 nm, care este de cinci ori mai mic decât nanofirele semiconductoare cultivate anterior folosind această abordare.

Diametrul firelor depinde de diametrul catalizatorului Ag, iar Zhao explică că catalizatori Ag foarte mici (cu o dimensiune cuprinsă între 5 și 40 nm) pot fi preparați folosind sistemul MBE al echipei. Calitatea cristalului a firelor depinde și de diametrul lor, iar firele cultivate în noul studiu sunt de înaltă calitate.

Noua cale pentru viitoarele căutări MZM

„Atunci când sunt combinate cu peliculele supraconductoare de Al, aceste fire ultrasubțiri oferă o posibilă modalitate de a ajunge la un regim de sub-bandă mai mic (și în cele din urmă regimul de sub-bandă unică)” Hao Zhang of Universitatea Tsinghua, care a condus măsurătorile transportului de electroni în lucrare, spune Lumea fizicii. „Aceste fire deschid, prin urmare, o nouă cale de explorare a mai puține regimuri sub-benzi pentru căutările viitoare de MZM.”

Datorită măsurătorilor de bază ale caracteristicilor de transport, cercetătorii au descoperit deja două fenomene în sistemul lor: un decalaj supraconductor „dur” în măsurătorile spectroscopiei de tunel; și o „blocadă Coulomb care păstrează paritatea” în așa-numitele dispozitive hibride de pe insulă. Ambele fenomene sunt ingrediente cruciale pentru viitoarele căutări Majorana, explică Zhang.

Echipa spune că acum caută dovezi mai puternice pentru MZMs prin măsurarea proprietăților de transport cuantic ale structurilor sale ultrasubțiri de nanofire InAs-Al.

Lucrarea este detaliată în Litere de fizică chineză.

Mesaj Nanofirele ultrasubțiri ar putea fi un avantaj pentru calculul cuantic rezistent la erori a apărut în primul rând pe Lumea fizicii.

• Coinsmart. Cel mai bun schimb de Bitcoin și Crypto din Europa.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. ACCES LIBER.
• CryptoHawk. Radar Altcoin. Încercare gratuită.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-resistant-quantum-computing/