NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-i26-i39-hoe-lang-leeft-een-topologische-qubit/

Geprint op :
14 december 2018
15:12:54

Quantumbits - qubits - gebaseerd op Majoranadeeltjes zijn intrinsiek ongevoelig voor ruis uit de buitenwereld: dit heet topologische bescherming. Majoranagebaseerde qubits worden daarom topologische qubits genoemd. Toch is een topologisch qubit nog wel gevoelig voor één soort fouten: verstoring door verdwaalde elektronen die de qubit binnendringen. De levensduur van de topologische qubit blijkt te worden bepaald door de tijd die kan verlopen tussen verstoringen door het binnendringen van verdwaalde elektronen.

In supergeleiders vormen elektronen Cooperparen met een paarvormende energie van twee delta, een materiaalconstante. Een ongepaard oneven elektron heeft een excesenergie van een delta, waardoor een supergeleidend eiland een zeer gevoelige detector voor een afzonderlijk ongepaard elektron is, zelfs bij een achtergrond van miljarden elektronen. Met deze gevoeligheid kunnen we de quantumtoestand van Majoranadeeltjes bepalen. Aangezien een paar Majoranatoestanden voor een enkele elementaire lading staat, kunnen we door vast te stellen of er een oneven dan wel een even aantal elektronen in de supergeleider zit, de quantumtoestand van het topologische qubit in kaart brengen.

Ultieme grens aan levensduur
Soms echter zal er een enkel verdwaald elektron de topologische qubit binnen tunnelen en daarmee de quantumtoestand van de qubit veranderen. De tijd tussen zulke gebeurtenissen, de pariteitslevensduur genoemd, is dan een ultieme grens voor topologische qubits.

Het monopolie van aluminium breken
Van oudsher worden supergeleidende quantumcircuits gemaakt van aluminium. Door zijn lage kritische magneetveld is aluminium ongeschikt voor het maken van Majoranatoestanden. Onze onderzoeksgroep stapte daarom over op een andere supergeleider, niobiumtitaniumnitride (NbTiN). Omdat deze supergeleider een grotere delta heeft dan aluminium blijkt de pariteitslevensduur heel lang, tot wel een minuut Artistieke impressie van het circuit dat voor het onderzoek werd gebruikt. Het smalle eiland van niobiumtitaniumnitride (grijs) werkt als een filter voor ongepaarde elektronen (rode deeltjes) maar laat Cooperparen (witte deeltjes) tussen de aluminium leads door. De efficientie van het filteren is door de materiaalkeuze twaalf ordes van grootte beter dan in aluminium, leidend tot een pariteitslevensduur van een minuut.

Publicatie
One minute parity lifetime of a NbTiN Cooper-pair transistor, D.J. van Woerkom, A. Geresdi and L.P. Kouwenhoven, Nature Physics, 11, 547 (2015) Pdf artikel: bit.ly/1YrDtcj