量子计算中超半三明治的特征化

实验芯片。作者：ISTA

半导体是现代技术的基础，而具有零电阻的超导体可能成为未来技术的基础，包括量子计算机。所谓的“混合结构”——由超导体和半导体精心制作的三明治可能会导致新的量子效应。然而，令人信服的观察结果仍然难以捉摸。现在，奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员和纽约大学的合作者们找到了一种方法来探测这种“超级半三明治”并揭示出了发生了什么。

“目前正在进行一场国际竞赛，以确定控制和处理量子计算机量子信息的最佳平台超导体在奥地利科学技术研究所（ISTA）的博士生、现在发表在体检报告微软正在研究使用超导体的拓扑量子比特-半导体三明治。然而，在我们使用它们之前，我们必须了解它们背后的基本物理。"

Phan和他的ISTA同事Jorden Senior和Andrew Higginbotham来自凝聚态物质和量子电路组，他们与纽约大学的合作伙伴密切合作，在ISTA量子动力学小组的Areg Ghazaryan和Maksym Serbyn的理论支持下进行了这项研究。他们开发了一种技术来探测超半三明治中的量子相互作用，为新的应用铺平了道路，比如基于所谓的Majorana零模的拓扑量子比特。

寒冷环境

在他们的实验中，研究人员在铟砷（InAs）半导体上制作了一个由铝超导体制成的微型三明治。超导体是一种没有电阻为了实现这一点，它们被冷却到接近绝对零度的温度。像InAs或硅这样的半导体可以是绝缘的或导电取决于环境和应用电场.

用超级半夹层结构安装实验芯片。作者：ISTA

就像传统的三明治不仅仅是其各部分的总和一样，Al和InAs的综合性能在超级半三明治中也会发生变化。在铝超导体和InAs半导体之间的界面上，邻近效应将超导电性泄漏到半导体中，在那里产生新的量子态。然而，直到现在，研究人员还很难对它们进行研究，因为它们被铝超导层所掩盖，无法直接探测到。

Senior解释说：“我们发现，通过每秒数十亿次的电流通过三明治附近，我们可以使超导体的面纱部分透明，并获得有关半导体特性的反馈。”。“我们还应用了磁场为了创造新的量子态，我们一直在寻找并开发了一个新的模型来解释我们的观察结果。"

新的细节层次

Higginbotham小组在ISTA成立以来的第一个实验结果为在一个新的细节水平上研究超导体-半导体混合结构奠定了基础。“我们可以从中推断出的参数可以为构造基于Majorana零模的拓扑量子比特提供急需的指导，”Jorden说。他还强调，“ISTA在这一发展领域处于非常有利的地位，因为在这里，实验专业知识、理论知识以及由最先进的无尘室（三明治生产厨房）提供的优秀基础设施齐聚一堂。”

潘和他的同事们都很兴奋，他们将通过他们新颖的探测技术获得什么样的见解，以及一旦了解了这种奇特三明治的基本物理原理，未来的应用可能会是什么样。