安定した量子コンピューティングに向けて

Tiffany Trader

信頼できない場合、何が良い計算か？ 標準のコンピュータと同様に、信頼性も実用的な量子コンピューティングを構築するための鍵となる。 そのようなシステムを守備するチャレンジは計り知れないが、潜在的な見返りはさらに説得力がある。 量子コンピュータは、今日の最高の技術よりも強力で、いくつかの規模があり、例えば強力な暗号解読のような以前は手に負えない問題でも手の届くところにある。

ビスマスセレン/ BSCCO銅酸化物（Bi2212） ヘテロ構造のこの概略図は、ビスマスセレン トポロジカル絶縁体の表面状態における近接 誘起高温超伝導ギャップを示している。

この現実へ到達するためには、科学者たちは、「フォールトトレラント」量子コンピュータを開発する必要がある。 研究者の国際チームは、ちょうどこの目標に少し近づいた。 DOE先端光源施設（ALS）で働く、中国の清華大学とローレンスバークレー国立研究所（バークレー研）の科学者は、安定量子コンピューティングへの第一歩、トポロジカル絶縁体の表面上における高温超伝導の最初のデモンストレーションを報告している。

実験は、内部では電気的に絶縁で表面上で導通している材料クラスのトポロジカル絶縁体の中に高温超伝導を誘導するため、放射光用のDOE施設であるALSで紫外線の第一級ビームを使用した。 このプロセスで理論的な準粒子が現れることが可能になる。 この不可解な粒子は「マヨラナゼロ・モード」として知られており、フォールトトレラント量子計算のために追求されている。

「私たちは、高温超伝導体のBSCCO（ビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物）と形態的絶縁体、ビスマス・セレン化物を接続することによって、それは形態的な表面状態で超伝導を誘導することが可能であることが示されている」とALSビーム12.0.1のスタッフ科学者、Alexei Fedoroは、述べ、そこで事象が確認された。

量子コンピューティングは、膨大な可能性を秘めているが、本質的な演算器、量子ビットまたは 「qubit」は、周知のごとく不安定だ。 主題に関するバークレー研究所の部分によると「量子ビットはその周囲の環境の中で、電子と他の要素によって簡単に混乱します。」 これらの摂動は、計算の精度から構成される情報を失うこと、つまり減干渉する量子粒子を引き起こす可能性があります。 科学者たちは、この「デコヒーレンス」問題を解決するため、トポロジカル絶縁体を探している。 トポロジカル量子コンピュータの量子ビットは、デコヒーレンスに影響されないマヨラナゼロ・モードから作られるであろう。 したがって、形態的に保護された量子ビットの形で格納された状態が維持されるであろう。

実験者は、彼らが、ビスマス、セレン化物/BSCCOヘテロ構造の形態で有望な基材を特定したと思っている。

「私たちの研究は、BSCCO上に成長したビスマスセレントポロジカル絶縁体の薄膜のトポロジカルな表面状態に大きな超伝導ペアリングギャップを明らかにします。」とFedorovは述べている。 「これは、マヨラナゼロ・モードがこの材料の磁気渦に制限されて存在する可能性を示唆しているが、私たちはそれを見つけるために他のタイプを測定しなければならない。」

研究は主として中国国家自然科学基金によって資金を供給された。調査結果は、「d-波高温超伝導体によって誘発されるBi2Se3の完全ギャップトポロジカル表面状態」の論文タイトルでNature Physics誌に掲載された。