

IBM科学家撼动下一代超导设备！

量子创投界

2022-03-08

导读：IBM的科学家们报告说，一种新型的超导开关装置可以证明用于未来的经典和量子计算机的组件中。

[设备]的假彩色扫描电子显微照片。纳米线是蓝色的;门是红色;沟槽是黑色的。沟槽深510 nm，宽200 nm，总长度80μm。(图片:IBM)

IBM的科学家们报告说，一种新型的超导开关装置可以证明用于未来的经典和量子计算机的组件中。

科学家们在《自然-电子学》（Nature Electronics）上报告了他们的发现，对2018年一篇论文中介绍的一种新型超导开关运作背后的微观过程提供了新的解释。在那些实验中，在对附近的门电极施加适度的电压后，金属纳米线的超导性关闭。该团队认为，与电压相关的电场导致了超导抑制，这将违背目前对电场如何影响超导体和一般金属的大部分理解。

论文摘要

论文题目为“Out-of-equilibrium phonons in gated superconducting switches”，论文摘要：最近的实验表明，金属纳米线的超导性可以通过施加适度的门电压来抑制。这种门作用的来源一直存在争议，要么归因于电场效应，要么归因于小的漏电流。在这里我们表明，硅基上的氮化钛纳米线的超导抑制并不取决于纳米线上是否存在电场，而是需要高能电子的电流。当电子被注入到纳米线中时，抑制是最有效的，但当电子在两个遥远的电极之间传递时，也得到了类似的结果。这是由高能电子衰变为声子所解释的，声子在衬底中传播，并通过产生准粒子影响纳米线的超导性。通过研究纳米线的开关概率分布，我们还表明，与超导性被纳米线附近的焦耳加热所抑制的情况相比，高能电子发射导致了更广泛的声子能量分布。

在一篇博文中，IBM的研究人员现在有了另一种解释：在超导性被抑制的门电压下，从门漏出的高能电子的微弱电流始终存在。

破坏纳米线中的超导状态

"在我们最新的论文中，我们提供了一种解释，即仅仅是相对较少的那些高能电子就足以破坏纳米线中的超导状态，"科学家们写道。"我们实现了一种新的设备几何，在那里产生高能电子的电流，而不把纳米线暴露在电场或泄漏电流中。相反，电流是通过额外的门电极在纳米线附近产生的。"

根据研究人员的说法，当电流在两个远程门之间流动时，纳米线中的超导性被抑制，这与使用附近的门时类似。

他们解释说 "在第一步，高能电子引发了纳米线和门所在的硅衬底中的声子发射。像水波一样，这些声子传播了相当长的距离（几微米）并到达超导纳米线，在那里它们有效地抑制了超导性"。

他们补充说，这些发现可能会导致超导应用的重要进展，包括量子的应用。

研究人员写道："我们的发现，特别是我们现在显示的声子所起的作用，在为超导量子应用设计设备时是至关重要的。事实上，基于这种效应的开关只需要很少的功率就能工作，因此可能比其他方法更有效，例如用电阻加热纳米线。此外，我们的结果提出了新的策略，可以用来减轻众所周知的声子对超导量子的相干性的不利影响。规避声子的不利影响的方法可能是通过构造基底--就像我们对沟槽所做的那样--来削弱或限制所发射的声子的影响。"

相关链接

[1].https://thequantuminsider.com/2022/03/07/ibm-scientists-shaking-up-next-generation-of-superconducting-devices/

[2].https://www.nature.com/articles/s41928-022-00721-1

end

往期推荐

01 周报 | [2.21-2.27] 量子全球新闻要点总览

02 英国公司Siloton利用量子改善眼睛健康

03 亚马逊Braket推出了欧洲第一台量子计算机“Lucy”

04 光量子计算公司「图灵量子」累计融资额超5亿元!

05 德国量子黑马Quantagonia预种子轮融资完成！

06 澳大利亚首席科学家将访美，开启国家量子任务

精选好文