Ультратонкие нанопроволоки могут стать благом для устойчивых к ошибкам квантовых вычислений

Исследователи изготовили ультратонкие гибридные нанопровода полупроводник-сверхпроводник размером менее 20 нм. Такие провода тоньше, чем те, что выращивались ранее, и, по прогнозам, они будут содержать явление, известное как нулевые моды Майораны — основной ингредиент так называемых топологических квантовых битов (кубитов), которые могут стать основой стабильного и устойчивого к ошибкам квантового компьютера.

Первоначально нулевые моды Майораны (MZM) были просто математической конструкцией, которая позволяла теоретически описать электрон как состоящий из двух половин. С точки зрения квантовых вычислений они привлекательны, потому что, если электрон можно «разделить» на две части, кодируемая им квантовая информация будет защищена от локальных возмущений до тех пор, пока «полуэлектроны» могут храниться далеко друг от друга. Теоретически эти сущности должны появиться в установке, состоящей из полупроводниковой нанопроволоки, обернутой в оболочку из сверхпроводящего материала и помещенной в магнитное поле.

Теоретически простейший тип нанопроволоки, в которой должны появиться МЗМ, — ​​это одномерная электронная система, то есть такая, в которой электроны занимают одну электронную подзону в полупроводнике. Однако в экспериментах занято несколько поддиапазонов.

Диаметр менее 20 нм

В новом исследовании ученые под руководством Цзяньхуа Чжао и Донг Пан из Государственная ключевая лаборатория сверхрешеток и микроструктур, Институт полупроводников, Китайская академия наук, вырастили ультратонкие нанопроволоки из полупроводникового арсенида индия (InAs), покрытые на месте эпитаксиальная сверхпроводящая алюминиевая (Al) пленка с использованием метода, называемого молекулярно-лучевой эпитаксией (MBE). Они использовали серебряный (Ag) катализатор для выращивания проводов — метод, обычно используемый в экспериментах такого типа. Новые нанопроволоки имеют диаметр менее 20 нм, что в пять раз меньше, чем у полупроводниковых нанопроволок, ранее выращенных с использованием этого подхода.

Диаметр проволоки зависит от диаметра Ag-катализатора, и Чжао объясняет, что очень маленькие Ag-катализаторы (от 5 до 40 нм) можно приготовить с помощью системы MBE, разработанной командой. Качество кристаллов проволок также зависит от их диаметра, и проволока, выращенная в новом исследовании, имеет высокое качество.

Новый путь для будущих поисков MZM

«В сочетании со сверхпроводящими алюминиевыми пленками эти сверхтонкие провода предлагают возможный способ достижения режима с меньшим количеством поддиапазонов (и, в конечном итоге, режима с одним поддиапазоном)». Хао Чжан of Университет Цинхуа, руководивший электронно-транспортными измерениями в работе, рассказывает Мир физики. «Таким образом, эти провода открывают новые возможности для изучения меньшего количества режимов поддиапазонов для будущих поисков MZM».

Благодаря базовым измерениям транспортных характеристик исследователи уже обнаружили в своей системе два явления: «жесткую» сверхпроводящую щель в измерениях туннельной спектроскопии; и «кулоновская блокада, сохраняющая паритет» в так называемых гибридных островных устройствах. Оба явления являются важными составляющими будущих поисков Майораны, объясняет Чжан.

Команда говорит, что в настоящее время она ищет более убедительные доказательства существования MZM, измеряя квантовые транспортные свойства своих ультратонких структур из нанопроволок InAs-Al.

Работа подробно описана в Письма о китайской физике.

сообщение Ультратонкие нанопроволоки могут стать благом для устойчивых к ошибкам квантовых вычислений Появившийся сначала на Мир физики.

• Коинсмарт. Лучшая в Европе биржа биткойнов и криптовалют.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. БЕСПЛАТНЫЙ ДОСТУП.
• КриптоХок. Альткоин Радар. Бесплатная пробная версия.
• Источник: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-resistance-quantum-computing/