Физики из Кёльнского университета сделали важный шаг в области топологических квантовых вычислений, впервые наблюдая перекрестное отражение Андреева в нанопроволоках топологического изолятора. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Physics, углубляет понимание сверхпроводящих эффектов в топологических изоляторах и имеет значение для создания устойчивых квантовых битов (кубитов) на основе майорановских нулевых мод.
Квантовые вычисления обещают революцию в обработке информации, однако современные технологии кубитов сталкиваются с проблемами стабильности и коррекции ошибок. Топологические сверхпроводники могут содержать майорановские нулевые моды, которые обеспечивают устойчивую основу для квантовых вычислений.
Теоретически было предсказано, что эти экзотические состояния обеспечат стабильную по своей сути основу для квантовых вычислений, невосприимчивую ко многим распространенным источникам ошибок. Экспериментальное наблюдение за этими состояниями, однако, остается спорным, несмотря на многие оптимистичные утверждения.
В исследовании под руководством профессора Йоити Андо команда наблюдала перекрёстное отражение Андреева, когда электрон, введенный в один вывод нанопроволоки, соединялся с другим, образуя куперовскую пару. Это явление свидетельствует о дальнодействующих сверхпроводящих корреляциях, необходимых для кубитов на основе майорановских мод.
«Это первое исследование, в котором изучается, как работает физика Андреева в топологических нанопроводах изолятора, когда они связаны со сверхпроводниками. Понимание этого имеет решающее значение для надежного создания нулевых мод Майорана на платформе топологических изоляторов», — сказал профессор Андо.
Использование нового метода травления высококачественных нанопроволок из отшелушенных чешуек топологического изолятора позволило достичь чистоты, необходимой для квантовых экспериментов. Следующие шаги будут направлены на наблюдение и управление нулевыми модами Майораны, что является важным для создания отказоустойчивых квантовых вычислений.
Локальная и нелокальная проводимость нанопроволоки топологического изолятора, легированного ниобием. Источник: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02806-y
Дополнительная информация: Junya Feng et al, Long-range crossed Andreev reflection in a topological insulator nanowire proximitized by a superconductor, Nature Physics (2025).
DOI: 10.1038/s41567-025-02806-y
Источник: Topological insulator nanowires reveal superconducting effect, bringing topological quantum computing closer to reality