Открытие российских ученых может упростить создание квантовых компьютеров

Ученые МИФИ предложили контринтуитивное решение: использовать обычные сверхпроводники, но намеренно вводить в них немагнитные примеси. Используя компьютерное моделирование на основе микроскопического подхода Боголюбова-де Жена, сотрудники кафедры ФТТиН совместно с коллегами продемонстрировали, что такие примеси действуют как своеобразный энергетический фильтр.

«Наши результаты опровергают распространенное 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 ее топологической защищенности, но «расталкивает» остальные, паразитные энергетические состояния», - поясняет Андрей Красавин.

Это объясняется разной природой связанных состояний: майорановская мода устойчива к локальному потенциалу примеси, тогда как обычные состояния чувствительны к беспорядку, и их уровни энергии смещаются. В результате энергетический зазор между полезным сигналом и шумом увеличивается, позволяя зафиксировать пик плотности состояний, соответствующий искомой квазичастице. Об устойчивости эффекта свидетельствуют расчеты для различных параметров потенциала примеси: при увеличении силы потенциала «обычные» уровни монотонно удаляются от центра запрещенной зоны, оставляя майорановскую нулевую моду в гордом одиночестве.

Значимость полученных результатов для развития квантовых технологий в университете прокомментировал заведующий кафедрой физики твердого тела и наносистем НИЯУ МИФИ, доктор физ.-мат. наук 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».