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2023年6月27日
この芸術的な描写は、部分量子異常ホール段階で強く相互作用する電荷を3つの部分に「分割」することができる電子部分化を示しています。エリック・アンダーソン
量子コンピューティングは世界を革新することができます。 具体的かつ重要な作業の場合、ラボのスーパーコンピュータからポケットの中のスマートフォンに至るまで、今日の機械の基盤となる0または1バイナリ技術よりも指数関数的に高速です。 ただし、量子コンピュータを開発するには、情報を保存してアクセスし、計算を実行するために安定したキュービットまたは量子ビットネットワークを構築する必要があります。
しかし、これまで公開されているキュービットプラットフォームには共通の問題があります。 外乱に敏感で脆弱な傾向があります。 迷子になった光子でさえ問題を引き起こす可能性があります。 外部の乱れの影響を受けないフォールトトレラントキュービットを開発することは、この問題に対する究極の解決策になる可能性があります。
ワシントン大学の科学者とエンジニアが率いるチームは、この調査でかなりの進歩を発表しました。 発表された一対の論文で 6月14日自然で そして 6月22日科学彼らは、それぞれ単原子層厚の半導体材料フレークを用いた実験で「分数量子異常ホール」（FQAH）状態の署名を感知したと報告しています。 このチームの発見は、FQAH状態が電子電荷の一部だけを持つ奇妙な「準粒子」をホストする可能性があるため、一種のフォールトトレラントキュービットを構成する最初の有望なステップを示しています。 一部のタイプのアニオンは、「位相的に保護された」キュービトを作成するために使用できます。これは、小さく、局所的な乱れに対して安定しています。
「これは将来、噴水励起を使って量子物理学を研究する新しいパラダイムを確立する」と述べた。 徐Xiao-dongこの発見の背後にあるシニア研究者であり、Boeing石座物理学教授であり、UWの材料科学・工学教授でもあります。
FQAHの状態は 噴水量子ホールの状態、二次元システムに存在するエキゾチックな物質段階。 この状態では、導電率は、導電率の両方として知られる定数の正確な比率に制限される。 しかし、分数量子ホールシステムは一般に安定性を維持するために膨大な磁場を必要とするため、量子コンピューティングアプリケーションには実用的ではない。 FQAH 状態にはそのような要件はありません。 チームによると、「ゼロ磁場」でも安定しています。
これらの珍しい物質像をホストするために、研究者はエキゾチックな特性を持つ人工格子を構築する必要がありました。 彼らは半導体材料モリブデンジテルリド（MoTe2）お互いの小さな相互「ねじれ」角度から。 この構成は電子のための総合的な「ハニカム格子」を形作りました。 研究者が積層されたスライスを絶対零度より数度以上冷却したとき、システムに固有の磁気が発生しました。 真性磁性は、分数量子ホール状態に通常必要な強い磁場に代わる。 研究者はレーザーをプローブとしてFQAH効果の署名を検出しました。
香港大学、日本国立材料科学研究所、ボストン大学、マサチューセッツ工科大学の科学者も含むこのチームは、彼らのシステムを誰より深く理解できる強力なプラットフォームとして構想しています。 前者のような日常的な粒子とは異なる特性。 アニオンは、電子の一部として機能することができる準粒子または粒子などの「ここ」です。 実験システムを使用した今後の研究では、研究者たちは、このタイプの準粒子のはるかにエキゾチックなバージョンであるトポロジーキュービトとして使用できる「非アベル」アニオンを発見したいと考えています。 ラッピング（または「編組」） – 非アベリアンアニオンを互いに囲むこの量子状態では、情報は本質的にシステム全体に「拡散」し、局所的な乱れに抵抗して位相キュービットの基礎を形成し、機能に関する主な発展を形成します。 現在の量子コンピュータの
サイエンス論文の躊躇であり、ネイチャー論文の共著者であるエリック・アンダーソン（Eric Anderson）は、「このタイプのトポロジーキュビットは、現在生成できるものと根本的に異なる」と述べた。 「Abelian以外の人の奇妙な行動は、量子コンピューティングプラットフォームとしてはるかに強力になります」
研究者の実験設定にすべて同時に存在する3つの主な特性は、FQAHの状態を示している可能性があります。
- 磁性：たとえMoTe2 磁性物質ではないため、システムに正電荷を加えると「自発的回転シーケンス」（強磁性という磁性の一形態）が現れました。
- トポロジ：システム内の電荷にはメビウス帯に似た「ツイストバンド」があり、システムをトポロジにするのに役立ちます。
- 相互作用：実験システム内の電荷は、FQAH状態を安定させるのに十分強く相互作用します。
チームは彼らのアプローチを使用して、非Abelian人が発見されるのを待っています。
UW物理学博士課程の学生は、「噴水量子異常ホール効果の観察された署名は刺激的です」と述べました。 カイジアチ、Nature論文の共著者であり、Science論文の共著者です。 「システムの有益な量子状態は、2次元で新しい物理学を発見するためのラボオンチップと量子アプリケーションのための新しいデバイスです。」
UWの分子工学・科学研究所、ナノエンジニアリングシステム研究所、クリーンエネルギー研究所のメンバーでもあるXuは、「私たちの仕事は長い間追求してきたFQAHの状態の明確な証拠を提供しています」と語った. 「私たちは現在、ゼロ磁場の噴水励起の直接的で明確な証拠を提供することができる電気伝達測定について研究しています。」
チームは、彼らのアプローチを通じて、これらの異常なFQAH状態を調査し操作することが普遍化され、量子コンピューティングの旅程を加速できると信じています。
論文の追加の共著者は、UW物理学科のWilliam HoltzmannとYinong Zhangです。 UW材料科学と工学科のDi Xiao、Chong Wang、Xiaowei Zhang、Xiaoyu Liu、Ting Cao; Feng-Ren FanとWang Yao（香港大学と香港理論と計算物理学共同研究所）。 日本国立材料科学研究所の高澤谷口と慶次ワタナベ。 Boston CollegeのYing Ran; そしてMITのLiang Fu。 この研究は、米国エネルギー省、空軍科学研究室、国立科学財団、香港研究補助金委員会、クラウチャー財団、テンセント財団、日本科学振興協会、ワシントン大学。
詳細については、Xu（[email protected]）、Anderson（[email protected]）、Cai（[email protected]）にお問い合わせください。
タグ：クリーンエネルギー研究所•芸術科学大学•工科大学•材料工学と工学科•物理学科•ナノエンジニアリングシステム研究所•分子工学と科学研究所•Xiaodong Xu
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