特殊な粒子を使用する超伝導体に焦点を当てた新たな発見は、量子コンピューティングの安定性と拡張性をさらに高める道筋を示し、量子コンピューターの実用化のスケジュールを早める可能性がある。
メリーランド大学（UMD）量子材料センター（QMC）の研究者たちは、トポロジカルな性質を持つと考えられる新しい超伝導材料、ウラン二テルル化物（UTe2）を研究してきました。この物質は量子コンピュータに大きな潜在的メリットをもたらすため、研究チームはこの物質の結晶を作製し、その特性を研究することにしました。
超伝導体は、抵抗なく電流を流す物質です。つまり、信号の完全性が損なわれることなく、熱という形でのエネルギー損失もありません。トポロジカル超伝導体は、量子物理学とトポロジーの分野を融合させたものです。トポロジーは、同じ物質を、その固有の物理的特性のみを用いて、押したり引いたりするだけで、どのように異なる形状に制御できるかを探求する数学分野です。
これは重要なことです。なぜなら、トポロジカル超伝導体は科学者に2つの異なるがらも補完的な挙動を示すからです。第一に、トポロジカル超伝導体中の電子は、単に互いに独立して流れるのではなく、互いの周りを踊ります。これは、電子間にある一種の自然発生するつながりです。これが起こると、電子はダンスの中心に一種の渦を作り出し、このダンスの同期なしに自由に浮遊している場合よりも、電子を分離することが非常に困難になります。第二に、科学者はこれらのトポロジカル超伝導体の表面に発生すると思われるエキゾチックな粒子、マヨラナモードを特定しました。これは、あたかも電子の半分であるかのように振る舞います。これらのマヨラナモードは、トポロジカル超伝導体の上に層として堆積することが示されているが、それ自体は導体ではありません。
これは、二テルル化ウランとその創発的な物理特性が、より強力で安定した量子接続を可能にする可能性を示唆している。なぜなら、創発粒子への情報の符号化は、既存の手法よりも本質的に耐性が高いからである。そして、量子状態について私たちが知っていることが一つあるとすれば、それは量子状態がいかなる擾乱も強く嫌うということだ。
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科学者たちは、これらの現象はどちらも、より安定的で容易に拡張可能な量子プロセッサを実現するための鍵となると考えています。研究者たちはこれまでのところ、トポロジカル超伝導体の発見以外に、これらの挙動を説明できる説明を見つけることができていません。次のステップは、これまで扱ってきた結晶よりも分析が容易で信頼性の高い、二テルル化ウランの薄い堆積物を作成することです。
この特定の研究分野で成功を収めるには、物質（結局のところウラン）に含まれる天然放射能に対処できる新たな装置を開発する必要がある。そして、これらの原理を実際に応用するデバイスを設計・製造する必要がある。これには数年かかるだろうが、量子研究コミュニティのこれらの発見への関心と反応は、これらの発見が量子コンピューティングの未来にとって根本的に重要であることを示している。
Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。
