Ultratunna nanotrådar kan vara en välsignelse för felbeständig kvantberäkning PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Ultratunna nanotrådar kan vara en välsignelse för felbeständig kvantberäkning

Tidsstämpel: 27 maj 2022 5:00

Forskare har tillverkat ultratunna halvledar-supraledare hybrid nanotrådar som mäter mindre än 20 nm tvärs över. Sådana ledningar är tunnare än de som odlats tidigare och förutspås vara värdfenomen som kallas Majorana nolllägen – kärningrediensen i så kallade topologiska kvantbitar (qubits), som kan utgöra grunden för en stabil och felbeständig kvantdator.

Ursprungligen var Majorana nolllägen (MZMs) helt enkelt en matematisk konstruktion som gjorde att en elektron teoretiskt kunde beskrivas som att den består av två halvor. Ur ett kvantberäkningsperspektiv är de attraktiva eftersom om en elektron kan "delas" i två, kommer kvantinformationen den kodar att skyddas från lokala störningar så länge som "halvelektronerna" kan lagras långt bort från varandra. Enligt teorin ska dessa entiteter förekomma i en uppsättning bestående av en halvledande nanotråd inlindad i ett skal tillverkat av ett supraledande material och placerat i ett magnetfält.

I teorin är den enklaste typen av nanotråd i vilken MZMs bör förekomma ett endimensionellt elektronsystem – det vill säga ett där elektroner upptar ett enda elektroniskt delband i halvledaren. I experiment är dock flera underband upptagna.

ultratunna halvledar-supraledare hybrid nanotrådar
De ultratunna halvledar-supraledarehybridnanotrådarna och transportkarakteristiska mätningar. (Med tillstånd: H Zhang)

Diameter mindre än 20 nm

I en ny studie har forskare under ledning av Jianhua Zhao och Dong Pan av State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, växte ultratunna nanotrådar av halvledaren indiumarsenid (InAs) täckta med en in situ epitaxiell supraledande aluminiumfilm (Al) med en teknik som kallas molekylär strålepitaxi (MBE). De använde en silver (Ag) katalysator för att odla trådarna - en teknik som rutinmässigt används i denna typ av experiment. De nya nanotrådarna har en diameter på mindre än 20 nm, vilket är fem gånger mindre än halvledarnanotrådar som tidigare odlats med detta tillvägagångssätt.

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

Diametern på trådarna beror på diametern på Ag-katalysatorn, och Zhao förklarar att mycket små Ag-katalysatorer (från 5 till 40 nm) kan framställas med hjälp av teamets MBE-system. Kristallkvaliteten på trådarna beror också på deras diameter och trådarna som odlas i den nya studien är av hög kvalitet.

Ny väg för framtida MZM-sökningar

"När de kombineras med Al supraledande filmer, erbjuder dessa ultratunna ledningar ett möjligt sätt att nå regimen med färre delband (och i slutändan det enda underbandsregimen)" Hao Zhang of Tsinghuauniversitetet, som ledde elektrontransportmätningarna i arbetet, berättar Fysikvärlden. "Dessa ledningar öppnar därför en ny väg för att utforska färre delbandsregimer för framtida MZM-sökningar."

Tack vare grundläggande transportkarakteristiska mätningar har forskarna redan upptäckt två fenomen i deras system: ett "hårt" supraledande gap i tunnelspektroskopimätningar; och en "paritetsbevarande Coulomb-blockad" i så kallade hybridö-enheter. Båda fenomenen är avgörande ingredienser för framtida Majorana-sökningar, förklarar Zhang.

Teamet säger att de nu letar efter starkare bevis för MZM genom att mäta kvanttransportegenskaperna hos dess ultratunna InAs-Al nanotrådstrukturer.

Arbetet är detaljerat i Kinesiska fysikbokstäver.

Posten Ultratunna nanotrådar kan vara en välsignelse för felbeständig kvantberäkning visades först på Fysikvärlden.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden