QC资讯丨研究人员开发了构建量子材料的新方法

(a) Julich工艺中所拍摄的扫描电子显微图:如图为制作过程中的模具。拓扑绝缘体(红色表示)已经选择性地沉积。在下一个制造步骤中，超导体通过阴影掩模蒸发沉积。在黑白图像中，可以识别出各种掩模系统。这些掩模使得在超高真空条件下完全制造所需的量子器件成为可能。(b)在这种网络中，研究人员的目标是沿着拓扑绝缘体所定义的轨迹移动所谓的Majorana模式(由星形表示)，以便执行拓扑保护的量子操作。蓝色和紫色的Majorana在空间中保持相同的位置(x,y)，而绿色和白色的Majorana在时间中相互缠绕，在时空中打结。

在计算机芯片中实现量子材料提供了获得基本新技术的途径。例如，为了构建高性能量子计算机，拓扑绝缘体必须与超导体结合。这个制造步骤与Jülich的研究人员目前已经解决的一些挑战相关联。他们的研究结果发表在最新一期的《自然纳米技术》杂志上。

印加人在他们的古代文字“Quipu”中使用绳结来编码和存储信息。优点是：与纸张上的墨水不同，绳结中存储的信息对水等外部破坏性影响具有很强的抵抗能力。新型量子计算机还应该能够以节点的形式鲁棒性地存储信息。然而，对于这一点，没有绳结，而是准粒子在空间和时间上排列。

制造这种量子打结机器所需要的是新材料，即所谓的量子材料。专家谈到拓扑绝缘体和超导体。将这些材料加工成用于量子计算机的组件本身就是一项挑战，尤其是因为拓扑绝缘体对空气非常敏感。

现在，Forschungszentrum Jülich实验室的科学家开发出了一种新工艺，使量子材料在加工过程中无需暴露在空气中就能构造出量子材料。“Jülich工艺”使超导体和拓扑绝缘体在超高真空中结合成为可能，从而生产出复杂的元件。

他们的设备第一次测量显示Majorana状态的迹象。“Majoranas”正是最有前途的准粒子，它们将在所示的拓扑绝缘体和超导体网络中打结，以实现鲁棒性的量子计算。下一步，Peter-Grünberg研究所的研究人员以及来自德国亚琛、荷兰和中国的同事，将为他们的网络配备读出和控制电子设备，以使量子材料易于应用。

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