В МИФИ нашли новый способ детектирования квазичастиц для квантовых компьютеров

Сотрудники НИЯУ МИФИ предложили новый подход к обнаружению квазичастиц, способный упростить создание квантовых компьютеров. Исследователи теоретически показали, что добавление в сверхпроводник немагнитных примесей не препятствует регистрации таких состояний, а, напротив, облегчает их выявление.

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела и наносистем. Кандидаты физико-математических наук Андрей Красавин и Вячеслав Неверов продемонстрировали, что контролируемое введение примесей может повысить точность детектирования особых квантовых состояний, рассматриваемых в качестве основы будущих кубитов.

В квантовой механике квазичастицами называют коллективные возбуждения, которые ведут себя как самостоятельные частицы. Особый интерес представляют майорановские нулевые моды — состояния с нулевой энергией, возникающие в топологических сверхпроводниках. Их ключевое преимущество — топологическая защищенность: информация, закодированная в таких состояниях, устойчива к локальным возмущениям. Благодаря этому майорановские моды считаются перспективной платформой для построения отказоустойчивых квантовых вычислений.

Главная проблема заключается в экспериментальном обнаружении этих состояний. В вихрях топологического сверхпроводника помимо майорановской моды присутствует множество обычных возбуждений с близкими по значению энергиями. Из-за малого энергетического зазора их сигналы накладываются друг на друга, что затрудняет интерпретацию результатов. Ранее ученые пытались решить задачу, подбирая экзотические материалы с особыми характеристиками, однако такие системы часто содержат магнитные дефекты, искажающие измерения.

Исследователи МИФИ предложили иной, на первый взгляд парадоксальный путь: использовать стандартные сверхпроводники и специально вводить в них немагнитные примеси. Компьютерное моделирование на основе микроскопического подхода Боголюбова—де Жена показало, что примеси могут выполнять роль своеобразного «энергетического фильтра».

По словам Андрея Красавина, примесь, на которой закрепляется вихрь, не влияет на саму майорановскую моду благодаря ее топологической природе, однако смещает уровни обычных возбуждений. Это приводит к увеличению энергетического зазора между целевым сигналом и фоновыми состояниями.

Расчеты показали устойчивость эффекта при различных параметрах примеси: с ростом ее потенциала обычные уровни энергии постепенно удаляются от центра запрещенной зоны, тогда как майорановская нулевая мода остается неизменной. В результате формируется более отчетливый пик плотности состояний, соответствующий искомой квазичастице.

Заведующий кафедрой физики твердого тела и наносистем, доктор физико-математических наук Михаил Маслов отметил, что полученные результаты открывают возможность использования более доступных материалов в квантовых технологиях. По его словам, создание кубитов становится реальнее на базе гибридных структур из традиционных s-волновых сверхпроводников с применением современных нанотехнологий для формирования искусственных центров пиннинга.

С уважением, ООО "Компания "База Электроники"

Вернуться на главную