Ny robust enhed kan opskalere kvanteteknologi, siger forskere

Forskere har i mange år forsøgt at bygge en kvantecomputer, som industrien kan skalere op, men byggestenene i kvanteberegning, qubits, stadig ikke er robuste nok til at håndtere det støjende miljø i, hvad der ville være en kvantecomputer.

En teori udviklet for kun to år siden foreslog en måde at gøre qubits mere modstandsdygtige ved at kombinere en halvleder, indium arsenid, med en superleder, aluminium, ind i en plan enhed. Nu, denne teori har modtaget eksperimentel støtte i en enhed, der også kan hjælpe skalering af qubits.

Denne kombination af halvleder-superleder skaber en tilstand af "topologisk superledning, "som ville beskytte mod selv små ændringer i et qubits miljø, der forstyrrer dets kvantekarakter, et kendt problem kaldet "decoherence".

Enheden er potentielt skalerbar på grund af dens flade "plane" overflade - en platform, som industrien allerede bruger i form af siliciumskiver til opbygning af klassiske mikroprocessorer.

Arbejdet, udgivet i Natur , blev ledet af Microsoft Quantum -laboratoriet ved Københavns Universitets Niels Bohr Institut, som fremstillede og målte enheden. Microsoft Quantum-laboratoriet ved Purdue University voksede halvleder-superleder-heterostrukturen ved hjælp af en teknik kaldet molekylær stråle-epitaxy, og udførte indledende karakteriseringsmålinger.

Teoretikere fra Station Q, et Microsoft Research -laboratorium i Santa Barbara, Californien, sammen med University of Chicago og Weizmann Institute of Science i Israel, deltog også i undersøgelsen.

"Fordi teknologien til plan halvlederindretning har været så succesrig inden for klassisk hardware, flere tilgange til opskalering af en kvantecomputer, der har bygget på den, "sagde Michael Manfra, Purdue Universitets Bill and Dee O'Brien Formand Professor i fysik og astronomi, og professor i el- og computerteknik og materialeteknik, der leder Purdues Microsoft Station Q -websted.

Disse forsøg viser, at aluminium og indiumarsenid, når de blev samlet til en enhed kaldet et Josephson -kryds, kan understøtte Majorana nultilstande, som forskere har forudsagt besidder topologisk beskyttelse mod dekoherens.

Det har også været kendt, at aluminium og indiumarsenid fungerer godt sammen, fordi en superstrøm flyder godt imellem dem.

Dette skyldes, at i modsætning til de fleste halvledere, indiumarsenid har ikke en barriere, der forhindrer elektroner i et materiale i at komme ind i et andet materiale. Denne måde, superledningsevnen af ​​aluminium kan gøre de øverste lag af indiumarsenid, en halvleder, superledende, såvel.

"Enheden fungerer ikke som en qubit endnu, men dette papir viser, at det har de rigtige ingredienser til at være en skalerbar teknologi, sagde Manfra, hvis laboratorium har specialiseret sig i at bygge platforme til, og forståelse af fysikken, kommende kvanteteknologier.

Ved at kombinere de bedste egenskaber ved superledere og halvledere til plane strukturer, hvilken industri let kunne tilpasse sig, kunne føre til at gøre kvanteteknologi skalerbar. Billioner af kontakter, kaldet transistorer, på en enkelt skive tillader i øjeblikket klassiske computere at behandle oplysninger.

"Dette arbejde er et opmuntrende første skridt i retning af at opbygge skalerbare kvanteteknologier, "Sagde Manfra.