結合量子ドットハイブリッドナノワイヤシステムにおけるマジョラーナ結合状態

M T Deng^1,2, S Vaitiekėnas^1,3, E B Hansen¹

¹Center for Quantum Devices and Station Q Copenhagen, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, 2100 Copenhagen, Denmark.

Science (New York, N.Y.)

|December 24, 2016

まとめ

研究者はハイブリッド半導体-超導体ナノワイヤでマジョラナ結合状態 (MBS) を作成した. これらの状態は,インアス/アル系におけるアンドリーフ結合状態 (ABS) の結合から発生し,トポロジカル量子コンピューティングの道を開いた.

科学分野:

凝縮物質物理学
材料科学
量子コンピューティング

背景:

半導体と超伝導体材料を統合したハイブリッドナノワイヤは,マジョラーナ結合状態 (MBS) を実現するのに有望である.
メジャーナ結合状態は,トポロジカル量子コンピューティングにおける潜在的な応用を持つエキゾチックな準粒子である.
MBSの出現と性質を理解することは,量子情報科学の進歩に不可欠です.

研究の目的:

アンドリーフ結合状態 (ABS) をエピタキシアルとハイブリッドのInAsナノワイヤに結合させることでMBSの出現を証明する.
ハイブリッドナノワイヤの電子状態を検知するために量子ドットスペクトロメーターを使用します.
トポロジカル・フェーズ・トランジションと,適用された磁場の下でのABSの振る舞いを調査する.

主な方法:

エピタキシアル超伝導体によるハイブリッド InAs ナノワイヤの製造.
ナノワイヤのキャリア密度を1つまたは数個のABSで調節するために静電ゲーティングを使用した.
ナノワイヤの端にある量子ドットを使ってABSとMBSのスペクトルを測定した.
トポロジカル・フェーズを誘導するために軸磁場を適用した.

主要な成果:

InAs/AlのハイブリッドナノワイヤシステムでABSの融合からMBSの出現を観察した.
ABSがゼロエネルギーに移動し,トポロジカルフェーズを示し,適用された軸磁場でMBSを形成することを実証した.
理論モデルと一致する MBS とエンドドット・バインド状態のハイブリッド化が検出されました.

結論:

この研究は,ハイブリッドナノワイヤシステムでMBSの作成と検出を成功裏に実証しています.
観測されたスペクトルの特徴は,トポロジカルな超伝導性を理解するための貴重なパラメータを提供します.
この研究は,量子計算のための堅牢なトポロジック量子ビットの実現に向けた重要な一歩を表しています.

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