Новый подход к майорановским исследованиям коротких нанопроволок

Исследователи и инженеры из QuTech и Технологического университета Эйндховена создали частицы Майораны и тщательно измерили их свойства.

Эти майораны представляют собой так называемые «майораны для бедных», основанные на двух квантовых точках в нанопроволоке, которые можно масштабировать до более крупной цепочки квантовых точек с более устойчивым майорановским поведением. Частицы Майораны — один из нескольких многообещающих кандидатов на роль стабильных квантовых битов, строительных блоков квантовых компьютеров. Исследователи опубликовали свои результаты в Природа.

Квантовые компьютеры — это революционная технология, способная решать определенные задачи гораздо быстрее, чем классические компьютеры. Это потому, что они используют квантовые биты или кубиты, которые могут одновременно представлять как 0, так и 1. Это позволяет квантовым компьютерам выполнять несколько вычислений одновременно. Внедрение квантовых компьютеров и кубитов имеет значительный потенциал для различных областей, включая открытие лекарств, финансовое моделирование и криптографию.

Майорановская частица

«Частицы майораны можно превратить в своего рода кубит, и они привлекли внимание благодаря своим уникальным свойствам», — объясняет первый автор Том Двир, научный сотрудник QuTech — института квантовых технологий Делфтского технического университета и TNO. Он продолжает: «В отличие от обычных кубитов, которые основаны на свойствах отдельных частиц, таких как электроны, кубиты, основанные на частицах Майораны, более устойчивы к определенным типам квантовых ошибок, что является серьезной проблемой при разработке масштабируемых квантовых компьютеров».

Его коллега и соавтор Гуаньчжун Ван добавляет: «Желательные свойства майорановских частиц и их экзотическая природа, позволяющая наблюдать новые научные явления, побудили к большим исследовательским усилиям, сначала академическими кругами, а затем и промышленностью. был преимущественно основан на синтезе материалов, направленном на разработку правильных свойств материалов, чтобы устройства, сделанные из них, сразу же работали при охлаждении до низких температур».

Новый подход смещает акцент на электрическое управление, а это означает, что мы наблюдаем и настраиваем устройство при низких температурах, чтобы создать правильные условия для появления майоранов.

Цепочка квантовых точек для разделения электронных половин

Ван говорит: «В отличие от обычных кубитов, майорановские кубиты всегда появляются парами, и каждая пара образует делокализованный электрон. Это означает, что одна часть майорановской частицы может располагаться на одном конце нанопровода, а вторая часть — на другом конце. Мы должны воздействовать на оба конца майорановских частиц одновременно. Это делает их привлекательными для квантовых вычислений, потому что, если на одну часть воздействует шум, другая половина останется невредимой».

Исследователи начинают с создания двух квантовых точек, расположенных близко друг к другу, разделенных короткой полупроводниковой/сверхпроводниковой нанопроволокой. Квантовые точки электрически связаны друг с другом двумя способами. Во-первых, электроны прыгают между обеими точками. Второй включает пары электронов, которые одновременно входят и выходят из полупроводниковой/сверхпроводниковой нанопроволоки. Исследователи продемонстрировали новый метод точного управления обоими процессами, ключевыми для образования майорановских частиц.

Будущая работа

«В настоящее время мы работаем с упрощенной версией Майоранаса, — объясняет Двир, — используя всего две квантовые точки. Наша конечная цель — иметь больше точек, возможно, даже пять, чтобы электронные половины были более далеко друг от друга. Чем дальше разделены майорановские частицы, тем лучше защита полученных кубитов от шума».

«Ожидается, что сложность добавления дополнительных точек к устройству будет увеличиваться линейно, а не экспоненциально. Это связано с тем, что мы можем настраивать каждую точку по отдельности, что позволяет нам легче определить идеальную конфигурацию».

Главный исследователь Лео Кувенховен говорит: «Заглядывая вперед, есть две основные цели на будущее. Первая — создать полную топологическую майорану на основе майораны бедняка в этой работе. Вторая цель — использовать эти майораны для создания кубитов. Для этого потребуется несколько копий системы и дальнейшая настройка».