量子コンピューターに活用!東北大などがノイズに強い超電導体開発

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東北大学材料科学高等研究所の佐藤宇史教授らは、普通の超電導体を、外部環境からのノイズに強い量子コンピューターを実現する材料として期待される「トポロジカル超電導体」に変換する手法を開発した。すでに見つかっているトポロジカル絶縁体の上に通常の超電導体となる鉛の薄膜を作製し接合。接合した鉛薄膜がトポロジカル超電導体に変化していることが分かった。量子コンピューターの開発への貢献が期待される。

トポロジカル絶縁体として、タリウムとビスマス、セレンで構成された化合物に着目した。1原子ごとに物質を積層し薄膜を作る方法を利用。同化合物の表面に数ナノメートル(ナノは10億分の1)の厚さを持つ鉛の超電導薄膜を作れた。

質量ゼロの性質を持つ「ディラック電子」が分布するトポロジカル絶縁体の表面に着目。鉛薄膜の表面を調べたところ、鉛薄膜と同化合物が接する界面に埋もれて見えないはずのディラック電子の表面状態が、鉛薄膜の表面で観測できた。同化合物の表面にあったディラック電子が、鉛薄膜と接合することで、鉛の表面に移動していることを示した。鉛薄膜がトポロジカル超電導体に変化していることが裏付けられた。

トポロジカル超電導体は表面や端に、粒子と反粒子の区別がつかず電荷が中性の粒子「マヨラナ粒子」が存在すると予言されている。外部環境からの影響を受けにくいマヨラナ粒子の性質を利用できれば、量子コンピューターの大規模化や高集積化に貢献できると期待されている。

大阪大学などとの共同研究。

日刊工業新聞2020年1月10日

キーワード
量子コンピューター

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