Сотрудники НИЯУ МИФИ Андрей Красавин и Вячеслав Неверов предложили новый способ детектирования квазичастиц, который может упростить разработку квантовых компьютеров. Как сообщили интернет-газете «ЖУК» в пресс-службе университета, физики опровергли мнение о том, что для этого нужны идеально чистые материалы.
Сотрудники кафедры физики твёрдого тела и наносистем Андрей Красавин и Вячеслав Неверов нашли новый способ детектирования так называемых майорановских нулевых мод. Это особые квазичастицы, которые возникают в сверхпроводниках и считаются идеальными кандидатами на роль кубитов. Их главное преимущество — «топологическая защищённость», то есть устойчивость к помехам, что критически важно для вычислений.
Главная проблема учёных всего мира заключалась в том, что сигнал от нужной частицы в эксперименте практически неотличим от шума. Энергетический зазор между полезным сигналом и паразитными возбуждениями ничтожно мал. Ранее исследователи пытались решить эту проблему поиском экзотических сверхчистых материалов.
Физики из МИФИ предложили контринтуитивный, но эффективный подход. С помощью компьютерного моделирования они показали, что намеренное добавление немагнитных примесей в обычный сверхпроводник не вредит измерениям, а, наоборот, помогает.
«Наши результаты опровергают распространённое мнение о том, что для обнаружения майорановских мод требуются идеально чистые материалы с экстремальными характеристиками. Мы показали, что немагнитная примесь, на которой может закрепляться вихрь, не затрагивает саму майорановскую моду благодаря её топологической защищённости, но «расталкивает» остальные, паразитные энергетические состояния», — пояснил доцент Андрей Красавин.
Проще говоря, примесь работает как фильтр: она сдвигает уровни «шума», оставляя полезный сигнал в изоляции. Это увеличивает энергетический зазор и позволяет его зафиксировать.
Значение работы для развития технологий прокомментировал заведующий кафедрой Михаил Маслов: «На нашей кафедре исторически сложилась сильная школа как теоретической, так и экспериментальной физики сверхпроводимости. Наши сотрудники регулярно получают результаты мирового уровня, и мы продолжаем развивать эту область как одно из ключевых научных направлений. Данная работа имеет принципиальное значение, поскольку открывает путь к использованию более доступных материалов в квантовых вычислениях. Создание кубитов становится возможным на основе гибридных структур из обычных s-волновых сверхпроводников с помощью современных нанотехнологических подходов для формирования искусственных центров пиннинга».
Результаты исследования позволяют перейти от поиска редких материалов к созданию кубитов из доступных сверхпроводников с помощью нанотехнологий.
Это не единственная разработка в данном направлении: ранее в России также создали первый ионный квантовый компьютер на базе многоуровневых кубитов — так называемых кусептов. По вычислительной мощности новая разработка эквивалентна 72 стандартным кубитам.