Ультратонкі нанодроти можуть стати благом для стійких до помилок квантових обчислень

Дослідники виготовили ультратонкі гібридні нанодроти напівпровідника та надпровідника розміром менше 20 нм. Такі дроти тонші, ніж вирощені раніше, і, за прогнозами, сприятимуть явищам, відомим як нульові моди Майорани – основний компонент так званих топологічних квантових бітів (кубітів), які можуть стати основою стабільного та стійкого до помилок квантового комп’ютера.

Спочатку нульові моди Майорани (MZM) були просто математичною конструкцією, яка дозволяла теоретично описати електрон як такий, що складається з двох половинок. З точки зору квантових обчислень, вони привабливі, оскільки якщо електрон можна «розділити» надвоє, квантова інформація, яку він кодує, буде захищена від локальних збурень, доки «напівелектрони» можуть зберігатися далеко один від одного. Відповідно до теорії, ці сутності повинні з’явитися в комплекті, що складається з напівпровідникового нанодроту, загорнутого в оболонку з надпровідного матеріалу та поміщеного в магнітне поле.

Теоретично найпростішим типом нанодроту, в якому повинні з’явитися MZM, є одновимірна електронна система, тобто така, в якій електрони займають одну електронну підзону в напівпровіднику. Однак в експериментах зайнято кілька піддіапазонів.

Діаметр менше 20 нм

У новому дослідженні дослідники під керівництвом Цзяньхуа Чжао і Донг Пан з Державна ключова лабораторія надграшок і мікроструктур Інституту напівпровідників Китайської академії наук, виростили ультратонкі нанодроти з напівпровідникового арсеніду індію (InAs), покриті на місці епітаксіальна надпровідна алюмінієва (Al) плівка за допомогою техніки, яка називається молекулярно-променева епітаксія (MBE). Вони використовували срібний (Ag) каталізатор для вирощування дротів – метод, який зазвичай використовується в цьому типі експерименту. Нові нанодроти мають діаметр менше 20 нм, що в п’ять разів менше, ніж напівпровідникові нанодроти, раніше вирощені за допомогою цього підходу.

Діаметр дротів залежить від діаметра каталізатора Ag, і Чжао пояснює, що дуже маленькі каталізатори Ag (від 5 до 40 нм) можна приготувати за допомогою системи MBE команди. Якість кристалів дротів також залежить від їх діаметра, а дроти, вирощені в новому дослідженні, мають високу якість.

Новий шлях для майбутніх пошуків МЗМ

«У поєднанні з алюмінієвими надпровідними плівками ці ультратонкі дроти пропонують можливий спосіб досягнення режиму з меншою кількістю піддіапазонів (і, зрештою, режиму однієї піддіапазону)». Хао Чжан of університет Цінхуа, який керував вимірюваннями електронного транспорту в роботі, розповідає Світ фізики. «Тому ці дроти відкривають новий шлях для вивчення меншої кількості режимів піддіапазонів для майбутніх пошуків MZM».

Завдяки основним вимірюванням транспортних характеристик дослідники вже виявили два явища в своїй системі: «жорстку» надпровідну щілину в вимірюваннях тунельної спектроскопії; і «кулонівська блокада, що зберігає парність» у так званих гібридних острівних пристроях. Обидва явища є ключовими складовими для майбутніх пошуків Майорани, пояснює Чжан.

Команда каже, що зараз шукає вагоміші докази MZM, вимірявши властивості квантового транспорту надтонких нанодротяних структур InAs-Al.

Робота детально описана в Китайські літери з фізики.

Повідомлення Ультратонкі нанодроти можуть стати благом для стійких до помилок квантових обчислень вперше з'явився на Світ фізики.

• Coinsmart. Найкраща в Європі біржа біткойн та криптовалют.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. БЕЗКОШТОВНИЙ ДОСТУП.
• CryptoHawk. Альткойн Радар. Безкоштовне випробування.
• Джерело: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-resistant-quantum-computing/