作者:保罗·舍勒研究所劳拉·亨尼曼
尼尔斯·施罗德(左)和弗拉迪米尔·斯特罗科夫在位于PSI的瑞士光源SLS的一个实验站
在这里，研究人员使用软X射线角分辨光电子能谱测量砷化铟和锑化铟氧化层下的电子分布
学分:保罗·舍勒研究所/马希尔·赞贝戈维奇 PSI的研究人员比较了两种半导体氧化物层下的电子分布
这项研究是开发特别稳定的量子比特，进而开发特别高效的量子计算机的努力的一部分
他们现在已经在《先进量子技术》杂志上发表了他们的最新研究，该研究得到了微软的部分支持
到目前为止，没有量子计算机，计算的未来是不可想象的
大多数情况下，这些还处于研究阶段
与经典计算机相比，它们有望将某些计算和模拟速度提高几个数量级
量子比特，简称量子比特，构成了量子计算机的基础
所谓的拓扑量子比特是一种可能被证明是优越的新型比特
为了找出这些是如何产生的，一个国际研究小组在瑞士光源空间光传感器上进行了测量
更稳定的量子比特 该研究的作者之一尼尔斯·施罗德解释说:“遵循量子力学定律的计算机比特可以通过不同的方式实现。”
他曾是PSI的研究员，直到2021年4月，他搬到了德国哈雷的马克斯·普朗克微观结构物理研究所
“不幸的是，大多数类型的量子比特会很快丢失信息；你可以说它们是健忘的量子比特
“对此有一个技术解决方案:每个量子位都由一个额外的量子位系统进行备份，以纠正任何出现的错误
但这意味着一台运行中的量子计算机所需的量子比特总数迅速上升到数百万
“微软的方法，我们现在正在合作，是完全不同的，”施罗德继续说
“我们想帮助创造一种新的量子比特，它不会泄露信息
这将允许我们只使用几个量子比特来实现一个纤细的、功能齐全的量子计算机
" 研究人员希望通过所谓的拓扑量子比特获得这种免疫力
这将是一个全新的东西，还没有研究小组能够创造出来
通过2016年诺贝尔物理学奖，拓扑材料变得更加广为人知
拓扑学最初是一个数学领域，探索几何对象变形时的行为
然而，为此开发的数学语言也可以应用于材料的其他物理特性
拓扑材料中的量子位就是拓扑量子位
半导体纳米线中的准粒子 众所周知，某些半导体和超导体的薄膜系统可以产生奇异的电子态，作为拓扑量子位
具体地，由半导体材料制成的超薄短导线可以被考虑用于此目的
它们的直径只有100纳米，是1000纳米(即
e
, 0
0001厘米)长
在它们的外表面，在纵向方向上，导线的上半部分涂有一薄层超导体
导线的其余部分没有被涂覆，因此在那里形成了自然氧化层
用于优化这些组件的计算机模拟预测，关键的量子力学电子态仅位于半导体和超导体之间的界面，而不位于半导体和其氧化物层之间
“这些纳米线中产生的电子的集体、不对称分布可以被物理描述为所谓的准粒子，”参与当前研究的PSI光子科学部门负责人Gabriel Aeppli说
“现在，如果选择合适的半导体和超导体材料，这些电子应该会在纳米线的末端产生特殊的准粒子，称为Majorana费米子
" Majorana费米子是拓扑态
因此，它们可以作为信息载体，也就是量子计算机中的量子比特
Aeppli继续说道:“在过去的十年中，世界各地的研究小组已经研究并完善了制造Majorana费米子的配方。”
“但是继续这个类比:我们仍然不知道哪一个烹饪锅能给我们这个食谱最好的结果
" 锑化铟具有优势 因此，当前研究项目的一个主要关注点是两个“烹饪锅”的比较
研究人员研究了两种不同的半导体及其自然氧化层:一种是砷化铟，另一种是锑化铟
在SLS，PSI的研究人员使用了一种叫做软X射线角分辨光电子能谱学的研究方法——简称SX-阿尔佩斯
美国卡内基梅隆大学诺阿·马罗姆团队开发的一种新型计算机模型
S
与来自PSI的弗拉基米尔·斯特罗科夫一起，被用来解释复杂的实验数据
“迄今为止使用的计算机模型导致了难以控制的大量虚假结果
通过我们的新方法，我们现在可以查看所有结果，自动过滤掉物理上相关的结果，并正确解释实验结果，”Strocov解释道
通过SX-阿尔佩实验和计算机模型的结合，研究人员现在已经能够表明锑化铟在其氧化物层之下具有特别低的电子密度
这将有利于在计划的纳米线中形成拓扑Majorana费米子
“从氧化层下电子分布的角度来看，锑化铟因此比砷化铟更适合作为拓扑量子比特的载体材料，”Niels Schrö ter总结道
然而，他指出，在寻找拓扑量子计算机的最佳材料时，其他优点和缺点肯定必须相互权衡
“我们先进的光谱方法肯定将有助于寻找量子计算材料，”Strocov说
“PSI目前正在瑞士采取重大步骤扩大量子研究和工程，SLS是其中必不可少的一部分
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
