Quantum Computing bleibt einer der vielversprechendsten Sektoren für die Zukunft der Informationstechnologien. Forscher aus China berichteten kürzlich über ein neues Quantenmaterial, das dazu beitragen könnte, dass Quantencomputersysteme noch leistungsfähiger werden.
Ein Team der Tsinghua-Universität und des Instituts für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking hat es geschafft, die Zustände der Materie in Halbleitern mithilfe eines Quantenprinzips zu kontrollieren.
Durch die Nutzung des sogenannten QAH-Effekts Quantum Anomalous Hall entdeckten die Forscher, wie Elektronen unter Beibehaltung ihrer Energie einige Millimeter entfernt bewegt werden können. Indem sie diese Energie, diesen Effekt und das dafür verwendete Material speichern könnenkönnte dazu beitragen, dass Quantensysteme energieeffizienter und damit schneller werden.
Der QAH-Effekt Quantum Anomalous Hall wurde erstmals 2013 von einem anderen Team der Tsinghua-Universität beobachtet, und die Schule hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte in der Quantenforschung erzielt.
In einer Studie, die in der Zeitschrift Chinese Physics Letters veröffentlicht wurde, erklärte das neue Tsinghua-Team nun, wie es ein künstliches Material geschaffen hat, das zur Entwicklung eines topologischen Quantencomputers unter Verwendung der Molekularstrahlepitaxie verwendet werden kann. Dieses neue Material ermöglicht Kristallschichten nur ein Moleküldick zu stapeln.
Das ultradünne Material nutzt auch den QAH-Effekt und eine mögliche Entwicklung in Quantencomputersystemen aus. Anstelle der binären Systeme eines normalen Computers verwenden Quantencomputer gleichzeitig subatomare Teilchen in mehreren Zuständen. Dies ermöglicht es den Computernkomplexe Probleme schneller lösen als alltägliche Computer.
Potenzial für den topologischen Quantencomputer
Laut dem Tsinghua-Team könnte der topologische Quantencomputer eine bestimmte Art von Quasiteilchen, Anyon genannt, zum Codieren und Senden von Informationen verwenden.
"Wir können QAH-Mehrfachschichten oder einen Stapel mehrerer Schichten von Kristallgittern realisieren, die den QAH-Effekt erfahren, wobei mehrere magnetisch dotierte Filme durch Isolieren voneinander beabstandet sind. Cadmiumselenid Schichten. Da machen wir das durch Molekularstrahlepitaxie es ist einfach, die Eigenschaften der einzelnen zu steuern Schicht um die Probe in verschiedene Zustände zu bringen ", sagte Ke He, Professor an der Tsinghua-Universität.
Cadmiumselenid ist ein wichtiges Molekül, das aus einem Cadmiumatom und einem Selenatom besteht, das als Halbleiter verwendet wird - ein Material, dessen leitende Eigenschaften Forscher durch Zugabe von Verunreinigungen modifizieren können.
Mehrere Schichten dünner Kristalle dienen als eine Art Isolation zwischen den leitenden Schichten in einem System. Dies verhindert unerwünschte Wechselwirkungen von Elektronen zwischen diesen dünnen Kristallschichten und zwingt Elektronen in einen "Randzustand". Dieser Zustand ermöglicht es einigen Elektronenohne Widerstand durchlaufen. Wenn jedoch mehr dieser Schichten übereinander liegen, fließen mehr Elektronen ohne Widerstand durch und mehr Elektronen können in diesem Zustand bleiben.
Schneller fließende Elektrizität für schnelleres Quantencomputing
Der QAH-Effekt und Cadmiumselenid bilden zusammen einen seltenen Materiezustand, das Weyl-Halbmetall.
"Durch Abstimmung der Dicke der QAH-Schichten und der Cadmiumselenid-Isolierschichten können wir das System in ein magnetisches Weyl-Halbmetall treiben, ein Zustand, der bisher in natürlich vorkommenden Materialien noch nie überzeugend nachgewiesen wurde", sagte Ke.
Erstmals im Jahr 2015 beobachtet, ist ein Weyl-Halbmetall ein seltener Materiezustand. Es qualifiziert sich als Festkörperkristall, der Elektrizität durch masselose "Weyl-Fermionen" anstelle von Elektronen leitet. Die Massendifferenz zwischen diesen Fermionen und Elektronen lässt Elektrizität durchdas Gerät schneller und beschleunigt so die Leistung eines Geräts.
"Was mich jetzt am meisten interessiert, ist die Konstruktion unabhängig steuerbarer QAH-Doppelschichten", sagte Ke. "Wenn wir ein Paar gegenläufiger Randzustände erhalten könnten, während wir einen supraleitenden Kontakt auf die Kante der Probe legen, die beiden Kanten."Zustände könnten aufgrund des supraleitenden Kontakts miteinander verbunden sein, was zu Majorana-Moden führt, mit denen ein topologischer Quantencomputer aufgebaut werden kann. "