Сотрудники Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Андрей Красавин и Вячеслав Неверов в составе международного научного коллектива предложили новый подход к детектированию майорановских нулевых мод – уникальных квазичастиц, которые считаются перспективными кандидатами на роль кубитов в квантовых компьютерах.

В работе, опубликованной в свободном доступе в журнале Research, ученые теоретически доказали, что добавление немагнитных примесей в сверхпроводник не мешает, а наоборот помогает обнаружить эти квазичастицы.

Картинка с сайта МИФИ

Майорановские нулевые моды представляют собой топологически защищенные квазичастичные состояния, локализованные в вихрях топологических сверхпроводников. Их устойчивость к локальным возмущениям делает их перспективными элементами для построения отказоустойчивых квантовых вычислительных систем. Однако экспериментальное детектирование этих мод осложняется присутствием в вихрях возбуждений с конечными энергиями, известных как состояния Кароли-де Жена-Матрикона, чьи энергетические спектры близки к нулевому уровню. Традиционные подходы к решению этой проблемы включали поиск материалов с большим сверхпроводящим зазором и малой энергией Ферми, однако такие материалы часто содержали магнитные дефекты, негативно влияющие на результаты измерений. применением микроскопического подхода Боголюбова-де Жена, продемонстрировало, что такие примеси функционируют как селективный энергетический фильтр.

В работе предложен новый, нетривиальный подход, заключающийся в использовании обычных сверхпроводников с намеренно введенными немагнитными примесями. Компьютерное моделирование, выполненное с применением микроскопического подхода Боголюбова-де Жена, продемонстрировало, что такие примеси функционируют как селективный энергетический фильтр.

Данное исследование представляет собой значительный прорыв, поскольку оно демонстрирует возможность применения более экономичных материалов в области квантовых вычислений. Предлагаемый метод позволяет создавать кубиты, используя гибридные структуры, состоящие из стандартных s-волновых сверхпроводников, модифицированных посредством передовых нанотехнологических методов для формирования искусственных центров пиннинга.