Топологический сверхпроводник — для безошибочных квантовых вычислений

20 август, 2019 - 17:05Виталий Кобальчинский

Группа американских физиков в статье, опубликованной на сервере arXiv, сообщила об открытии нового состояния материи, с которым учёные связывают надежды на создание квантовых компьютеров, устойчивых к воздействиям окружающей среды.

«Нашим исследованиям удалось выявить экспериментальные доказательства нового состояния вещества — топологической сверхпроводимости, — заявил Джавад Шабани (Javad Shabani), доцент кафедры физики в Нью-Йоркском университете. — Этим новым топологическим состоянием можно манипулировать способами, которые могут ускорить квантовые вычислениях и увеличить вместимость информационных накопителей».

Топологический сверхпроводник — для безошибочных квантовых вычислений

В работе, которая была частично профинансирована грантом агентства DARPA Минобороны США в рамках программы Топологические возбуждение в электронике (TEE), Шабани и его коллеги — Игорь Жутич (Igor Zutic) из Университета штата Нью-Йорк в Буффало и Алекс Матос-Абьяг (Alex Matos-Abiague) из Университета Уэйна (штат Мичиган) — анализировали переход традиционного квантового состояния в топологическое и измеряли энергетический барьер между ними. В дополнение к этому, они выполнили прямые измерения сигнатурных характеристик топологического перехода с помощью двух планарных переходов Джозефсона, образующих сверхпроводящий квантовый интерферометр (SQUID).

Здесь они сфокусировали исследование на квазичастицах Майораны, которые являются своими собственными античастицами — с той же массой, но с противоположным зарядом. Эти частицы, также называемые фермионами Майораны, считаются высокоперспективными для квантовых вычислений из-за их способности хранить квантовую информацию в специальном пространстве вычислений, защищённом от шума окружающей среды.

Однако, так как естественного материала, в котором существовали бы связанные состояния Майораны не существует, исследователи попытались создать платформы, или новые формы материи, на которых можно было бы выполнять такие вычисления. В своей новой работе они опирались на теорию, предсказывавшую появление связанных состояний Майораны в фазе перехода между областями с тривиальной и топологической сверхпроводимостью.

«Новое открытие топологической сверхпроводимости в двумерной платформе создаёт предпосылки для построения масштабируемых топологических кубитов, чтобы не только хранить квантовую информацию, но и манипулировать квантовыми состояниями без ошибок», — отметил Шабани.