Международная команда исследователей с участием физиков МИЭМ ВШЭ выяснила, что немагнитные примеси в сверхпроводниках могут облегчить обнаружение майорановских мод — редких квантовых состояний, которые рассматриваются как основа для устойчивых кубитов в будущих квантовых компьютерах. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Майорановские моды могут возникать в некоторых типах сверхпроводников, в частности внутри магнитных вихрей — локальных областей, где сосредоточено магнитное поле. Эти состояния отличаются высокой устойчивостью к внешним помехам и дефектам материала, что делает их перспективными для топологической квантовой вычислительной техники.
Однако экспериментально зафиксировать майорановскую моду сложно. Вблизи нее по энергии располагаются другие квантовые состояния, из-за чего сигналы в спектре перекрываются. Ранее ученые пытались решить проблему, создавая максимально «чистые» материалы с минимальным числом примесей. Но такие системы трудно стабильно воспроизводить, а интерпретация результатов часто остается неоднозначной.
В новой работе исследователи из МФТИ, МИЭМ ВШЭ, МИФИ и Сорбонны предложили иной подход. С помощью компьютерного моделирования они показали, что немагнитная примесь в сверхпроводнике может сыграть положительную роль. Дефект создает локальный энергетический барьер и фиксирует вихрь в определенной точке. При этом обычные низкоэнергетические состояния внутри вихря чувствительны к такому барьеру и смещаются по энергии, тогда как майорановская мода практически не изменяется.
В результате увеличивается энергетический разрыв между майорановской модой и другими состояниями. Это приводит к появлению более выраженного нулевого пика в спектре — сигнала, который труднее спутать с фоновыми эффектами. По словам авторов, важным преимуществом метода является то, что он не требует использования экзотических материалов: эффект проявляется и в системах на основе распространенных сверхпроводников.
Принципиально, что речь идет именно о немагнитных примесях. Магнитные дефекты разрушают сверхпроводимость и осложняют измерения, тогда как немагнитные могут выступать в роли управляемого «разделителя», отталкивая фоновые состояния от нулевой энергии и не затрагивая майорановскую моду.
«Наша работа предлагает более практичный способ получать и обнаруживать моды Майораны. Вместо охоты за уникальными материалами мы делаем ставку на управляемые дефекты в более доступных системах. И надеемся, что это ускорит прогресс в создании квантового компьютера на топологических майорановских состояниях», — отметил автор исследования, директор Центра квантовых метаматериалов МИЭМ ВШЭ Алексей Вагов.
Авторы считают, что предложенный подход может стать шагом к более надежной экспериментальной верификации майорановских состояний и ускорить развитие топологических квантовых технологий.
Ранее в Росатоме создали новый вид стали для ядерных реакторов.
