エッジのみの超伝導性でトポロジカル量子コンピュータに進展する新研究

Tokyoケルン大学の研究者たちは、量子材料の分野で大きな進展を遂げました。これにより、トポロジカル超伝導や信頼性の高い量子コンピューティングの改善が期待されます。彼らの研究成果は『Nature Physics』に掲載されています。

超伝導は特定の材料で抵抗なしに電気が流れることを可能にします。量子異常ホール効果もまたゼロ抵抗をもたらしますが、これは材料の端だけで起こります。この二つの効果を組み合わせると、マヨラナフェルミオンと呼ばれる特別な粒子が作り出される可能性があります。これらの粒子は量子コンピュータに大きな変革をもたらすかもしれません。

この研究の重要なポイントは以下の通りです：

• 研究者たちは量子異常ホール絶縁体の薄膜を使用しました。
• 超伝導状態の誘導にはニオブ電極が用いられ、これによりカイラル・マヨラナ状態が引き起こされました。
• 交差アンドレエフ反射が観察され、エッジ状態の超伝導性が確認されました。

これらの実験は、エッジに特別な電気特性を持つ材料が超伝導体になり得ることを示しています。この発見は、量子コンピュータをより安定で効率的にするために重要な高度な量子状態を調査する新しい方法を提供します。

博士課程の研究者であるアンジャナ・ウダイは、博士課程の最終年度において、絶縁体材料の一端に電子を配置したと説明しました。反対側では、それが正の電荷を持つ「ホール」として現れました。このプロセスは交差アンドレーエフ反射と呼ばれ、トポロジカルエッジ状態に超伝導が誘導されたことを証明しています。

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ポストドクトラルフェローのゲルトヤン・リペルツ氏は、多くの研究チームが過去10年間にわたりこの実験を試みたが成功しなかったと説明しました。彼らの成功の秘訣は、量子異常ホール絶縁体の薄膜堆積、デバイスの作成、そして超低温測定をすべて同じ研究室内で実施したことにあります。

研究チームは、KUルーヴェン、バーゼル大学、フォルシュングスツェントラム・ユーリッヒの同僚たちと協力しました。実験物理学の教授である安藤陽一氏は、「協力と適切なリソースがこの重要な発見に欠かせない要素でした」と述べています。

「位相超伝導」と「カイラルマヨラナ端状態」の学習と応用は、量子コンピューティングに革新をもたらす可能性があります。これにより、データを失いにくい信頼性の高い量子ビットを提供できるでしょう。この研究のアプローチは、より強力で拡張性のある量子コンピュータを構築するための優れた方法を示唆しています。

次のステップは、キラル・マヨラナフェルミオンを直接確認するための実験を行い、その独自の特性を理解することです。この発見は今後の研究に多くの可能性を開きます。

ケルン大学の研究者たちは、トポロジカル量子コンピューティングの分野で進展を遂げ、将来の安定かつ効率的な量子コンピュータの実現に一歩近づきました。