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提出了一种实现拓扑超导性的替代方法

2020年4月29日通过路加福音詹姆斯

哥本哈根大学尼尔斯·博恩研究所(Niels Bohr Institute)的研究人员已经使用了铅笔形半导体来“解开了一个新的路径”到Majorana零模式和拓扑超导。

该团队的研究结果发表在《华尔街日报》上科学,这一“概念上的突破”是通过与微软量子研究人员的合作实现的。研究团队一起使用相位缠绕在一个包围半导体的圆柱形超导体的圆周上。

Niels Bohr Institute的查尔斯马库斯说,“这一结果可能为使用马约拉纳零模式作为量子信息的受保护量子位的基础提供了一条有用的途径。我们不知道这些线路本身是否有用,或者仅仅是这些想法是否有用。”

一个可能的目击

研究论文解释了Majorana Zero模式,预计在拓扑超导体中出现的Quasiply,保持承诺作为拓扑的构建块量子计算。今天,在马乔兰的物理实现方面有两个领先者——混合半导体、超级计算机纳米线和与超导体接触的拓扑绝缘体。

本文介绍了一种结合了这两种元素的平台:一种由超导体包裹的半导体纳米线。通过将理论计算和他们自己的实验相结合,研究小组提出了与马约拉纳零模的出现相一致的证据。

全壳纳米线上有马约拉纳人的指纹。

图详细说明马约拉纳指纹在全壳纳米线。图像归功于哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所

结合了两个已知的想法

这项研究引入了一种概念上截然不同的方法来产生马约拉纳零模,并利用了量子力学世界中已经使用的两个已知概念:基于涡旋的拓扑超导体和纳米线中的一维拓扑超导。

通过使用这两个想法,该团队的结果是揭示了“一条新路”,其发现可以追溯到大约50年前被称为“小公园效应”的物理现象。

本质上,Little-Parks效应说的是,圆柱壳形状的超导体会适应外部磁场,通过跳跃到“涡旋状态”来穿过圆柱,在涡旋状态下围绕圆柱的量子波函数携带其相位的扭曲。

量子计算的前进之路

为了揭示这条新途径,需要一种结合半导体纳米线和超导铝的特殊材料。这些都是在量子器件中心开发的,就像完全包围半导体的超导外壳的特殊导线一样。

“我们首先研究这个的动机是它看起来很有趣,我们不知道会发生什么。”据说实验发现的Marcus说,这是在同一研究论文中确认的实验发现。尽管如此,该想法可以表示量子计算的前进路径。