Разработка российских ученых ведет к использованию доступных материалов в квантовых компьютерах

Российские ученые предложили новый теоретически обоснованный метод детектирования майорановских нулевых мод — квазичастиц, рассматриваемых в качестве перспективной основы для создания кубитов в отказоустойчивых квантовых компьютерах. 

Сотрудники кафедры физики твердого тела и наносистем НИЯУ МИФИ Андрей Красавин и Вячеслав Неверов в рамках исследования, выполненного с использованием микроскопического подхода Боголюбова–де Жена, продемонстрировали, что введение немагнитных примесей в обычные сверхпроводники не затрудняет, а напротив, способствует выделению сигнала этих квазичастиц.

Майорановские нулевые моды возникают в вихрях топологических сверхпроводников и обладают нулевой энергией, а также топологической защищенностью, что делает их устойчивыми к локальным возмущениям и, следовательно, пригодными для кодирования информации в квантовых вычислениях. Однако практическое детектирование этих состояний затруднено из-за наличия в том же вихре множества обычных возбуждений с конечной энергией, сигналы которых сливаются с полезным из-за крайне малого энергетического зазора. Традиционный подход к решению проблемы предполагал поиск экзотических материалов с особыми параметрами, таких как железосодержащие сверхпроводники, однако присутствующие в них магнитные дефекты вносили существенные искажения в результаты измерений.

Предложенное российскими физиками решение основано на использовании обычных сверхпроводников с намеренно введенными немагнитными примесями, которые выполняют функцию энергетического фильтра. Проведенное моделирование показало, что такие примеси служат центрами пиннинга для вихря, но благодаря топологической природе майорановской моды локальный потенциал примеси не оказывает на нее влияния. В то же время обычные связанные состояния, чувствительные к беспорядку, смещаются по энергии. В результате энергетический зазор между полезным сигналом и фоновыми возбуждениями увеличивается, что позволяет зафиксировать четкий пик плотности состояний, соответствующий майорановской моде. Устойчивость эффекта подтверждается расчетами: при усилении потенциала примеси уровни обычных состояний монотонно удаляются от центра запрещенной зоны, оставляя нулевую моду изолированной.

Полученные результаты открывают возможность использования доступных материалов — обычных s-волновых сверхпроводников — для создания кубитов на основе гибридных структур с искусственными центрами пиннинга, формируемыми современными нанотехнологическими методами. Это направление развивается в рамках сложившейся научной школы физики сверхпроводимости НИЯУ МИФИ, сочетающей теоретические и экспериментальные подходы.

Источник: tehnoomsk.ru

Комментарии: