Onderzoekers proberen al jaren een kwantumcomputer te bouwen die de industrie kan opschalen, maar de bouwstenen van quantum computing, qubits, zijn nog steeds niet robuust genoeg om de lawaaierige omgeving aan te kunnen van wat een kwantumcomputer zou zijn.

Een theorie die pas twee jaar geleden werd ontwikkeld, stelde een manier voor om qubits veerkrachtiger te maken door een halfgeleider te combineren, indiumarsenide, met een supergeleider, aluminium, in een vlak apparaat. Nutsvoorzieningen, deze theorie heeft experimentele ondersteuning gekregen in een apparaat dat ook zou kunnen helpen bij het schalen van qubits.

Deze combinatie van halfgeleiders en supergeleiders creëert een toestand van "topologische supergeleiding, " die zou beschermen tegen zelfs kleine veranderingen in de omgeving van een qubit die interfereren met de kwantumaard, een bekend probleem dat 'decoherentie' wordt genoemd.

Het apparaat is potentieel schaalbaar vanwege het platte "planaire" oppervlak - een platform dat de industrie al gebruikt in de vorm van siliciumwafels voor het bouwen van klassieke microprocessors.

Het werk, gepubliceerd in Natuur , werd geleid door het Microsoft Quantum-lab aan het Niels Bohr Institute van de Universiteit van Kopenhagen, die het apparaat heeft gefabriceerd en gemeten. Het Microsoft Quantum-lab aan de Purdue University groeide de halfgeleider-supergeleider heterostructuur met behulp van een techniek genaamd moleculaire bundelepitaxie, en voerde initiële karakteriseringsmetingen uit.

Theoretici van Station Q, een Microsoft Research-lab in Santa Barbara, Californië, samen met de Universiteit van Chicago en het Weizmann Institute of Science in Israël, ook deelgenomen aan het onderzoek.

"Omdat de technologie van vlakke halfgeleiderapparaten zo succesvol is geweest in klassieke hardware, verschillende benaderingen voor het opschalen van een kwantumcomputer die erop zijn voortgebouwd, " zei Michael Manfra, Purdue University's Bill en Dee O'Brien leerstoel hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, en hoogleraar elektrische en computertechniek en materiaalkunde, die de Microsoft Station Q-site van Purdue leidt.

Deze experimenten leveren bewijs dat aluminium en indiumarsenide, wanneer samengebracht om een ​​apparaat te vormen dat een Josephson-overgang wordt genoemd, kan Majorana-nulmodi ondersteunen, waarvan wetenschappers hebben voorspeld dat ze topologische bescherming bieden tegen decoherentie.

Het is ook bekend dat aluminium en indiumarsenide goed samenwerken omdat er een superstroom goed tussen stroomt.

Dit komt omdat, in tegenstelling tot de meeste halfgeleiders, indiumarsenide heeft geen barrière die voorkomt dat de elektronen van het ene materiaal een ander materiaal binnendringen. Op deze manier, de supergeleiding van aluminium kan de bovenste lagen van indiumarsenide maken, een halfgeleider, supergeleidend, ook.

"Het apparaat werkt nog niet als een qubit, maar dit artikel laat zien dat het de juiste ingrediënten heeft om een ​​schaalbare technologie te zijn, " zei Manfra, wiens lab gespecialiseerd is in het bouwen van platforms voor, en het begrijpen van de fysica van, opkomende kwantumtechnologieën.

Het combineren van de beste eigenschappen van supergeleiders en halfgeleiders in vlakke structuren, die de industrie zich gemakkelijk zou kunnen aanpassen, zou kunnen leiden tot het schaalbaar maken van kwantumtechnologie. Triljoenen schakelaars, transistoren genoemd, op een enkele wafer kunnen klassieke computers momenteel informatie verwerken.

"Dit werk is een bemoedigende eerste stap naar het bouwen van schaalbare kwantumtechnologieën, ' zei Manfra.