新型拓撲超導體優(yōu)化的量子計算機穩(wěn)定性

新型拓撲超導體優(yōu)化的量子計算機穩(wěn)定性

美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員開創(chuàng)了一種尖端的拓撲超導體，可以增強量子計算機的穩(wěn)定性——這是該技術的主要限制。

該團隊創(chuàng)新了一種新方法，將兩種具有特殊電學特性的材料——單層超導體和拓撲絕緣體——融合在一起。這種組合提供了一個最佳平臺來研究一種不尋常的超導性，稱為拓撲超導性，這可以為拓撲量子計算機鋪平道路，這種計算機比傳統(tǒng)技術更穩(wěn)定。

該團隊的研究題為“外延 Bi 2 Se 3 /單層 NbSe 2 異質結構中從 Ising 到 Rashba 型超導的交叉” ，發(fā)表在Nature Materials 上。

開發(fā)拓撲超導體

超導體用于各種技術，包括強大的磁鐵、數(shù)字電路和成像。它們允許電流無阻力地通過。相比之下，拓撲絕緣體是只有幾個原子厚的薄膜，可以限制電子的運動，從而產生獨特的特性。賓夕法尼亞州立大學的研究人員現(xiàn)在已經開發(fā)出一種配對這兩種材料的方法。

賓夕法尼亞州立大學物理學副教授、研究團隊負責人 Cui-Zu Chang 評論說：“量子計算的未來取決于一種我們稱之為拓撲超導體的材料，它可以通過結合拓撲絕緣體形成。使用超導體，但是將這兩種材料結合起來的實際過程具有挑戰(zhàn)性。

“在這項研究中，我們使用了一種稱為分子束外延的技術來合成拓撲絕緣體和超導薄膜，并創(chuàng)建二維異質結構，這是探索拓撲超導現(xiàn)象的絕佳平臺?！?

先前嘗試合并這兩種材料的結果很差，因為薄膜中的超導性通常在拓撲絕緣體層在頂部生長后消失。專家們已經能夠將拓撲絕緣體薄膜應用到三維“體”超導體上，并保留這兩種材料的特性。然而，拓撲超導體的應用，例如智能手機和量子計算機的低功耗芯片，將需要是二維的。

研究人員克服了這些問題，通過在由單層二硒化鈮 (NbSe2) 組成的超導薄膜上堆疊不同厚度的由硒化鉍 (Bi2Se3) 制成的拓撲絕緣體薄膜來創(chuàng)新二維拓撲超導體。該團隊通過在非常低的溫度下合成異質結構成功地保留了拓撲和超導特性。

賓夕法尼亞州立大學 Chang 研究組的博士后、論文的第一作者易和眠解釋說：“在超導體中，電子形成‘庫珀對’，可以零電阻流動，但強磁場會破壞這些對。 .

“我們使用的單層超導薄膜以其‘伊辛型超導性’而聞名，這意味著庫珀對對面內磁場非常穩(wěn)健。我們還期望在我們的異質結構中形成的拓撲超導相以這種方式是穩(wěn)健的。”

解決量子計算機穩(wěn)定性問題

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過調整拓撲層的厚度，異質結構從 Ising 型超導（電子自旋垂直于薄膜）轉變?yōu)?Rashba 型超導（電子自旋平行于薄膜）。他們還在理論計算和模擬中觀察到這種現(xiàn)象。

這種異質結構可能是探索馬約拉納費米子的理想平臺——這是一種神秘的粒子，有助于開發(fā)比以前版本的技術更穩(wěn)定的拓撲量子計算機。

Change 總結道：“這是探索拓撲超導體的絕佳平臺，我們希望在我們的持續(xù)工作中找到拓撲超導性的證據(jù)。一旦我們獲得了拓撲超導性的確鑿證據(jù)并證明了馬約拉納物理學，那么這種類型的系統(tǒng)就可以適用于量子計算和其他應用?！?

深圳市晶光華電子有限公司 專注石英晶振生產26年，強大的專業(yè)團隊，服務超過5000+客戶，年產能6億PCS，1天試樣，3天測試，1周交貨；如果您對我們的石英晶振感興趣，歡迎咨詢我們的客服，獲取詳細資料，我們將為您提供專業(yè)貼心的服務。