马约纳导线中光子辅助隧穿特征的观察

时间:2020-06-04 20:31 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

马约纳导线中光子辅助隧穿特征的观察 哥本哈根大学(University of Copenhagen)和微软量子实验室(Microsoft Quantum Lab Copenhagen)的研究人员最近进行了一项研究,研究马约阿纳零模式(Majorana zero modes)作为保护量子数据的一种手段的可能性。马约阿纳零模式是一种零能量准粒子状态,可以在超导混合纳米线中找到。他们的论文发表在《自然物理》(Nature Physics)杂志上,概述了在马约阿纳(Majorana)纳米线中观察到的光子辅助隧穿特征,提供了有趣的新见解,可能为更好地理解这些准粒子态铺平道路。 “我们的长期目标是为量子计算应用开发一种保护和控制量子信息的方法,”合著者查理·马库斯和主要作者大卫·范·赞腾通过电子邮件告诉Phys.org。“一个有趣的提议是使用Majorana zero模式在物理级别提供保护,而不是在电路级别使用冗余和错误纠正。” 在物理层面上,马约阿纳零模式隐藏了特定的信息,更精确地描述了在给定的拓扑超导体中,过量电子是不局域存在还是不存在。使用收集本地测量数据的工具无法公开此信息。 理论上,使用马约阿纳零模式保护量子数据应该是相当简单和直接的。然而,到目前为止,这被证明是非常难以实现的,因为它需要大量的努力,包括读取零能态的方法的开发和混合材料的设计,可以首先达到这些状态。 Marcus和van Zanten说:“我们在2016年写的一篇理论论文中列出了实现这一概念的一些具体的早期步骤,但是让我们提出的系统的子组件工作起来都很有挑战性。”“一个关键的组件是拓扑超导结,在这个结中,马约纳模式可以通过电脉冲耦合和解耦。我们最近的实验是为了测试一个特殊的组件:马约阿纳模式在交叉路口的耦合是可以控制的。” 光子辅助隧穿是一种技术,可以用来连接离散的能量状态跨越隧道障碍显示不平等的能量,使用一个光子的能量水平匹配这些不同的能量状态之间的差异。当光子的能量与这个差异相匹配时,就会发生“隧道效应”。 这种效应使研究人员能够检测到正在发生的电流或电荷转移。由于光子的频率是可以控制的能量,他们可以测量不同的能量状态之间的差异,并将这种测量转换成耦合强度。 Marcus和van Zanten解释说:“在超导和自旋量子位元设备的早期,光子辅助隧穿通常被用作一种技术来绘制量子位元状态之间的能量差。”最小能量差由相干交换耦合的能量决定。基于这一早期的工作,我们开始使用光子辅助隧道作为工具来识别和表征不同对的马约阿纳费米子之间的相干耦合。” 研究人员使用的方法非常简单。它需要测量一个拥有马约阿纳零模式的双岛结构的平均电荷占用,同时对一个几乎金属结构应用微波音调,主要耦合到该结构的一个岛。 马约纳导线中光子辅助隧穿特征的观察 为了让这项技术发挥作用,研究人员必须开发出合适的拓扑超导双岛结构和射频集电荷传感器,这些传感器可以被引入到InAs/AI纳米线中,然后被放置在可应用微波的衬底上。此外,他们必须仔细地调整所有的设备旋钮,并确定一个扩展范围,在这个范围内,所有必要的条件,以实现马约阿纳零模式的光辅助隧道。 为了开发实现这项技术所需的工具,Marcus和van Zanten与一个由Peter Krogstrup领导的专门研究量子材料的团队密切合作。这组科学家负责培育实验中使用的金属线。 最终,他们实验中使用的材料和方法使研究人员能够在有限的磁场中通过诱导这两个岛的所谓的1e门周期性来观察光子辅助的隧穿特征。研究人员警告说,他们的发现应该谨慎解释,因为它们仍然是初步的。 马库斯和范·赞滕说:“我们研究中最值得注意的方面是,论文中提出的不同测量和观察结果,以及我们的研究团队中其他人的其他研究结果之间的内在一致性。”“我们的每一次测量都独立地显示了这两个岛屿在零能量状态下的离散状态,这与马约阿纳零模式一致。”内部一致性暗示了我们的解释是有效的,但是它是否证明了Majorana耦合?没有。” 根据研究人员的说法,在能量为零时出现的其他状态也可以用类似于马约阿纳零模式的方式来构建。由于这个原因,他们的结果,以及其他团队过去收集的类似结果,应该被视为解释,而不是事实。 Marcus和van Zanten说:“现有的哪种解释是最合理的还有待讨论,这是由不同小组收集的各种结果所推动的。”“我们已经证明,在高场下,在零能量(马约阿那蛇可能居住的地方)的电线中存在一个离散状态,通过调整一个结,我们可以耦合和分离这些零能量模式,测量它们的耦合强度。” 马库斯、范扎尔登和他们的同事最近进行的研究提供了新的观察结果,这些新的观察结果可以被加入到不同研究小组在过去10年左右收集到的关于马约阿纳线零模式的研究结果中。在未来,他们的工作可以作为研究这些国家增强量子技术安全性的潜力的新研究的基础。 Marcus和van Zanten说:“在接下来的研究中,我们希望使用更容易操作的材料系统。”“我们使用的纳米线是一个伟大的开端,但是手工放置单独的导线并不能建立一个主要的网络。材料是这一领域取得进展的关键:新材料、更清洁的材料、更易于使用的材料。” 除了使用不同的材料重复他们的实验,研究人员现在计划进行合并多结系统的研究。事实上,过去的研究证据表明,有多个连接点的系统能够创造出更复杂、更精密的新设备。 Marcus和Van Zanten说:“我们现在还想在我们的系统开发中引入其他的眼睛,这将使我们能够快速、自信地区分可以隐藏量子信息的零模式和不能隐藏的零模式。”“马约阿纳零模式的编织是一个关键的证明,我们的零能量状态拥有信息保护所需要的关键属性,但这种测量还没有完成。”我们现在的实验介绍了基本的理论,但现在材料科学家和实验员必须对它进行测试。” ?2020 Science X Network
当前位置:主页 > 科学知识 >

声明:本文小可爱科技知识网整理不代表个人观点,转载请注明原文,点击还能查看更多的文章;本文网址: http://www.kozbods.com/kexue/myndxzgzfzsctzdgc.html

围观: 次 | 责任编辑:小可爱科技知识网



回到顶部