QuTechが主導する国際チームは、InSb/Alハイブリッドナノワイヤーを用いた量子ドットで構成された3サイトのキタエフ鎖を実証しました。2サイト版と比較して、この拡張デバイスはゼロエネルギーマヨラナモード（MZM）の安定性が大幅に向上し、これはモードの重なりの抑制と局所的な摂動への感度低下によるものとされています。この鎖は、超伝導対形成と電子のホッピングを通じて結合したスピンレスフェルミオンを持つキタエフモデルの主要な条件を満たしています。
製作では、静電ゲーティングにより3つの量子ドットを定義し、これらを超伝導セグメントで結合してトポロジカル鎖を模倣しました。2サイト構成からの以前の結果では、「疑似マヨラナ」と呼ばれる不安定なMZMが観察されていました。3サイトにスケールアップし、デバイス間で一貫した性能を維持することで、チームはモード分裂がゲートノイズに対して感度が低下することを示し、これは耐障害性のあるマヨラナ量子ビットへの中間段階となりました。
まだ完全なトポロジカルな保護は達成されていませんが、このシステムはスケーラブルなマヨラナベースの量子ビットに向けた実現可能な一歩を表しています。シミュレーションによると、5または6サイトへのさらなるスケーリングにより、ミリ秒オーダーのコヒーレンス時間を達成できる可能性があり、これは耐障害性のあるトポロジカル量子コンピューティングに必要な閾値に近づいています。
背景
キタエフ鎖は、超伝導と電子のホッピングを通じて結合したスピンレスフェルミオンを持つモデルです。この研究では、InSb/Alハイブリッドナノワイヤーを用いた量子ドットで構成された3サイトのキタエフ鎖が実証されました。ゼロエネルギーマヨラナモード（MZM）は、マヨラナフェルミオンに関連するモードで、トポロジカル量子コンピューティングにおいて重要な役割を果たします。
静電ゲーティングは、電圧をかけることで量子ドットを定義し、超伝導セグメントで結合させる技術です。これにより、トポロジカル鎖を模倣しています。2サイト版では「疑似マヨラナ」と呼ばれる不安定なMZMが観察されていましたが、3サイト版ではモードの重なりが抑制され、局所的な摂動への感度が低下しました。
このシステムは、まだ完全なトポロジカルな保護は達成されていませんが、スケーラブルなマヨラナベースの量子ビットに向けた実現可能な一歩を表しています。シミュレーションでは、5または6サイトへのさらなるスケーリングにより、ミリ秒オーダーのコヒーレンス時間を達成できる可能性があるとされています。
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2025年4月4日
