WO2023132045A1 - 量子デバイス及び量子デバイスの制御方法 - Google Patents

量子デバイス及び量子デバイスの制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023132045A1
WO2023132045A1 PCT/JP2022/000309 JP2022000309W WO2023132045A1 WO 2023132045 A1 WO2023132045 A1 WO 2023132045A1 JP 2022000309 W JP2022000309 W JP 2022000309W WO 2023132045 A1 WO2023132045 A1 WO 2023132045A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
normal
metal electrode
edge
conducting metal
quantum device
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/000309
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
研一 河口
真名歩 大伴
Original Assignee
富士通株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富士通株式会社 filed Critical 富士通株式会社
Priority to JP2023572303A priority Critical patent/JPWO2023132045A1/ja
Priority to PCT/JP2022/000309 priority patent/WO2023132045A1/ja
Publication of WO2023132045A1 publication Critical patent/WO2023132045A1/ja
Priority to US18/738,105 priority patent/US20240349627A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/10—Junction-based devices
    • H10N60/12—Josephson-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/80—Constructional details
    • H10N60/85—Superconducting active materials

Definitions

  • the present disclosure relates to quantum devices and methods of controlling quantum devices.
  • Non-Patent Document 1 proposes a quantum device that controls the positions of Majorana particles by changing the magnetic flux in a structure composed of a two-dimensional topological material and a superconducting metal.
  • Non-Patent Document 1 it is not easy to stably manufacture the quantum device described in Non-Patent Document 1.
  • An object of the present disclosure is to provide a quantum device that can be stably manufactured and a method for controlling the quantum device.
  • a WTe2 layer having a first surface and a second surface opposite the first surface; a first insulating layer provided on the first surface; a second insulating layer provided on the second surface; a first normal-conducting metal electrode, a second normal-conducting metal electrode and a third normal-conducting metal electrode provided on the first insulating layer; a first control unit for controlling potentials of the conductive metal electrode, the second normal metal electrode and the third normal metal electrode; and a superconductor provided on the second insulating layer and having a first end and a second end It has a conductive metal wiring and a second control section that controls a superconducting phase difference between the first end and the second end, and in a plan view from a direction perpendicular to the first surface, the The WTe 2 layer has a first edge and a second edge forming a constriction, the constriction being provided between the first end and the second end, the first normal metal electrode
  • the second normal-conductor has a first edge
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a quantum device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view showing part of the quantum device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the quantum device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart showing an example of a method of controlling the quantum device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram (Part 1) showing changes in the state of Majorana particles.
  • FIG. 6 is a schematic diagram (part 2) showing changes in the state of Majorana particles.
  • FIG. 7 is a schematic diagram (part 3) showing changes in the state of Majorana particles.
  • FIG. 8 is a schematic diagram (part 4) showing changes in the state of Majorana particles.
  • FIG. 9 is a schematic diagram (No.
  • FIG. 10 is a schematic diagram (No. 6) showing changes in the state of Majorana particles.
  • FIG. 11 is a schematic diagram (No. 7) showing changes in the state of Majorana particles.
  • FIG. 12 is a schematic diagram (No. 8) showing changes in the state of Majorana particles.
  • FIG. 13 is a top view (part 1) showing the method of manufacturing the quantum device according to the first embodiment; 14 is a top view (part 2) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment;
  • FIG. 15 is a top view (No. 3) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment;
  • FIG. FIG. 16 is a top view (No. 4) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a top view (No. 5) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment;
  • FIG. 18 is a top view (No. 6) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment;
  • FIG. 19 is a cross-sectional view (part 1) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment;
  • FIG. FIG. 20 is a cross-sectional view (part 2) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment;
  • 21 is a cross-sectional view (No. 3) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment;
  • FIG. FIG. 22 is a cross-sectional view (No. 4) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment.
  • 23 is a cross-sectional view (No.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view (No. 6) showing the method for manufacturing the quantum device according to the first embodiment
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing a quantum device according to the second embodiment.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing the quantum device according to the second embodiment.
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing a quantum device according to the third embodiment.
  • the X1-X2 direction, the Y1-Y2 direction, and the Z1-Z2 direction are mutually orthogonal directions.
  • a plane including the X1-X2 direction and the Y1-Y2 direction is referred to as the XY plane
  • a plane including the Y1-Y2 direction and the Z1-Z2 direction is referred to as the YZ plane
  • a plane including the Z1-Z2 direction and the X1-X2 direction. is described as the ZX plane.
  • the Z1-Z2 direction is the vertical direction
  • the Z1 side is the upper side
  • the Z2 side is the lower side.
  • the term “planar view” refers to viewing the object from the Z1 or Z2 side
  • the term “planar shape” refers to the shape of the object viewed from the Z1 side.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a quantum device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view showing part of the quantum device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the quantum device according to the first embodiment. Insulating layers are omitted in FIGS. 1 and 2 for the sake of convenience.
  • FIG. 3 corresponds to a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • the quantum device 1 includes a substrate 91, an insulating layer 92, first normal metal electrodes 11 to 14, and second normal metal electrodes 21 to 23. , third normal-conducting metal electrodes 31 to 32 , insulating layer 61 , WTe 2 layer 50 , insulating layer 62 and superconducting metal loop 40 .
  • the quantum device 1 further has a first controller and a second controller.
  • An insulating layer 92 is provided on the substrate 91 .
  • the substrate 91 is a Si substrate and the insulating layer 92 is a SiO2 layer.
  • a laminate of the substrate 91 and the insulating layer 92 may be a substrate with an oxide layer.
  • the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23, and the third normal-conducting metal electrodes 31-32 are provided on the insulating layer 92.
  • the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23 and the third normal-conducting metal electrodes 31-32 are, for example, Au electrodes or Pd electrodes.
  • the thicknesses of the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23, and the third normal-conducting metal electrodes 31-32 are, for example, 10 nm or more and 30 nm or less.
  • a Ti film with a thickness of several nanometers is provided between the insulating layer 92 and the first normal metal electrodes 11-14, the second normal metal electrodes 21-23 and the third normal metal electrodes 31-32.
  • a Ti film with a thickness of several nanometers is provided. may The arrangement of the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23, and the third normal-conducting metal electrodes 31-32 will be described later.
  • the insulating layer 61 is provided on the insulating layer 92 so as to cover the first normal metal electrodes 11-14, the second normal metal electrodes 21-23 and the third normal metal electrodes 31-32.
  • the insulating layer 61 is, for example, a hexagonal BN (h-BN) layer.
  • the thickness of the insulating layer 61 is, for example, 30 nm.
  • the insulating layer 61 is an example of a first insulating layer.
  • a WTe2 layer 50 is provided over an insulating layer 61 .
  • WTe 2 is a layered material.
  • WTe 2 layer 50 includes one or more WTe 2 stacked on top of each other. If the WTe2 layer 50 consists of one layer of WTe2 , the WTe2 layer 50 has a helical edge channel. When the WTe2 layer 50 is composed of multiple layers of WTe2 , the WTe2 layer 50 has a hinge channel.
  • the WTe2 layer 50 has a bottom surface 50A and a top surface 50B opposite the bottom surface 50A.
  • An insulating layer 61 covers the bottom surface 50A of the WTe 2 layer 50 .
  • the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23 and the third normal-conducting metal electrodes 31-32 are provided between the WTe2 layer 50 and the insulating layer 61.
  • the lower surface 50A is an example of the first surface.
  • the WTe2 layer 50 has an octagonal planar shape, for example, two rectangles partially overlapped.
  • WTe 2 layer 50 has edges 111-118 and vertices 121-128. Sides 111, 113, 115 and 117 are parallel to the X1-X2 direction, and sides 112, 114, 116 and 118 are parallel to the Y1-Y2 direction.
  • a vertex 121 is the intersection of the side 111 and the side 112 .
  • the side 111 extends from the vertex 121 to the X2 side, and the side 112 extends from the vertex 121 to the Y2 side.
  • Vertex 122 is the intersection of side 112 and side 113 .
  • the side 112 extends from the vertex 122 to the Y1 side, and the side 113 extends from the vertex 122 to the X1 side.
  • Vertex 123 is the intersection of side 113 and side 114 .
  • the side 113 extends from the vertex 123 to the X2 side, and the side 114 extends from the vertex 123 to the Y2 side.
  • Vertex 124 is the intersection of side 114 and side 115 .
  • the side 114 extends from the vertex 124 toward the Y1 side, and the side 115 extends from the vertex 124 toward the X2 side.
  • Vertex 125 is the intersection of sides 115 and 116 .
  • the side 115 extends from the vertex 125 to the X1 side, and the side 116 extends from the vertex 125 to the Y1 side.
  • Vertex 126 is the intersection of sides 116 and 117 .
  • the side 116 extends from the vertex 126 to the Y2 side, and the side 117 extends from the vertex 126 to the X2 side.
  • Vertex 127 is the intersection of sides 117 and 118 .
  • the side 117 extends from the vertex 127 to the X1 side, and the side 118 extends from the vertex 127 to the Y1 side.
  • Vertex 128 is the intersection of side 118 and side 111 .
  • the side 118 extends from the vertex 128 to the Y2 side, and the side 111 extends from the vertex 128 to the X1 side.
  • the distance between the vertices 122 and 126 is, for example, 50 nm or more and 500 nm or less, and the WTe2 layer 50 has a constricted planar shape near the vertices 122 and 126 .
  • WTe 2 layer 50 has a first edge 51 comprising sides 111-113 and a second edge 52 comprising sides 115-116. First edge 51 and second edge 52 form a constriction 53 near vertices 122 and 126 .
  • the distance between apex 122 and apex 126 is preferably 100 nm or more and 450 nm or less, more preferably 150 nm or more and 400 nm or less.
  • the first normal-conducting metal electrodes 11 to 14 overlap portions (sides 111 to 112) of the first edge 51 that are away from the constricted portion 53 to one side in plan view.
  • the first normal-conducting metal electrode 11 overlaps the side 112 and the first normal-conducting metal electrodes 12 to 14 overlap the side 111 .
  • the first normal-conducting metal electrodes 12 to 14 are arranged from vertex 121 to vertex 128 in this order.
  • the length of the first normal metal electrodes 11 to 14 in the direction along the first edge 51 is, for example, 100 nm or more and 500 nm or less, preferably 150 nm or more and 450 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 400 nm or less.
  • the distance between the first normal metal electrodes 11 to 14 in the direction along the first edge 51 is, for example, 30 nm or more and 100 nm or less, preferably 40 nm or more and 90 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 80 nm or less.
  • the second normal-conducting metal electrodes 21 to 23 overlap the portion (side 113) of the first edge 51 away from the constricted portion 53 in plan view.
  • the second normal-conducting metal electrodes 21 to 23 overlap the side 113 .
  • the second normal-conducting metal electrodes 21 to 23 are arranged from vertex 122 to vertex 123 in this order.
  • the length of the second normal-conducting metal electrodes 21 to 23 in the direction along the first edge 51 is, for example, 100 nm or more and 500 nm or less, preferably 150 nm or more and 450 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 400 nm or less.
  • the distance between the second normal metal electrodes 21 to 23 in the direction along the first edge 51 is, for example, 30 nm or more and 100 nm or less, preferably 40 nm or more and 90 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 80 nm or less.
  • the third normal-conducting metal electrodes 31 to 32 overlap portions (sides 115 to 116) of the second edge 52 that are away from the constricted portion 53 to one side in plan view.
  • the third normal-conducting metal electrode 31 overlaps side 116 and the third normal-conducting metal electrode 32 overlaps side 115 .
  • the length of the third normal-conducting metal electrodes 31-32 in the direction along the second edge 52 is, for example, 100 nm or more and 500 nm or less, preferably 150 nm or more and 450 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 400 nm or less.
  • the distance between the third normal metal electrodes 31 and 32 in the direction along the second edge 52 is, for example, 30 nm or more and 100 nm or less, preferably 40 nm or more and 90 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 80 nm or less.
  • An insulating layer 62 is provided over the insulating layer 92 and overlying the WTe 2 layer 50 .
  • the insulating layer 62 is, for example, an h-BN layer.
  • the thickness of the insulating layer 62 is preferably 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, and even more preferably 3 nm or less.
  • the lower limit of the thickness of the insulating layer 62 is, for example, 1 nm.
  • An insulating layer 62 covers the top surface 50B of the WTe 2 layer 50 .
  • the upper surface 50B is an example of a second surface.
  • the insulating layer 62 is an example of a second insulating layer.
  • a superconducting metal loop 40 is provided over an insulating layer 62 .
  • the material of the superconducting metal loop 40 is Al or Nb, for example.
  • a slit 40S is formed in the superconducting metal loop 40, and the superconducting metal loop 40 has a first end 40A and a second end 40B with the slit 40S therebetween. The slit 40S overlaps the constricted portion 53 in plan view.
  • the superconducting metal loop 40 is provided so as to cover the insulating layer 62 between the WTe2 layer 50 and the WTe2 layer 50 .
  • the first control unit includes a DC power supply 71 individually connected to each of the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23, and the third normal-conducting metal electrodes 31-32; and a first control circuit 72 for controlling 71 .
  • the second control section has an AC circuit 81 and a second control circuit 82 that controls the AC circuit 81 .
  • the AC circuit 81 has an AC power supply 83 and an inductor 84 through which current flows from the AC power supply 83 .
  • Inductor 84 is placed near superconducting metal loop 40 .
  • the magnetic field created by inductor 84 changes the magnetic flux in superconducting metal loop 40 .
  • the second controller controls the superconducting phase difference between the first end 40A and the second end 40B by changing the magnetic flux in the superconducting metal loop 40 .
  • the WTe2 layer 50 undergoes a phase change between a topological insulator and a superconductor depending on the carrier concentration. For example, when a voltage equal to or higher than a threshold is applied to the first normal metal electrode 11, carriers are induced in the vicinity of the first normal metal electrode 11 and the WTe2 layer 50 becomes a superconductor. On the other hand, the WTe2 layer 50 becomes a topological insulator in the vicinity of the first normal metal electrode 11 when the application of the voltage equal to or higher than the threshold is stopped.
  • a state in which a voltage equal to or higher than the threshold is applied to the normal-conducting metal electrode is sometimes referred to as an ON state, and a state in which a voltage equal to or higher than the threshold is not applied is referred to as an OFF state.
  • the positions of the Majorana particles can be adjusted by selecting the normal metal electrode to be turned on by the first control unit and moving the boundary between the superconductor portion and the topological insulator portion.
  • the majorana particles on the first edge 51 and the second edge 52 near the constriction 53 can be exchanged with the Majorana particles of
  • FIG. 4 is a timing chart showing an example of a control method for the quantum device 1 according to the first embodiment.
  • 5 to 12 are schematic diagrams showing changes in the state of Majorana particles.
  • the first normal-conducting metal electrodes 13-14, the second normal-conducting metal electrodes 22-23, and the third normal-conducting metal electrode 31 are always on under the control of the first controller.
  • FIG. 4 shows changes in the voltages of the first normal metal electrodes 11-12, the second normal metal electrode 21 and the third normal metal electrode 32, and the voltage difference between the first end 40A and the second end 40B. change in conduction phase difference. Voltage V0 in FIG.
  • FIGS. 5 to 12 electrodes in the ON state are indicated by thick lines.
  • the ellipses surrounding two Majorana particles in FIGS. 5-12 indicate that these two Majorana particles are coupled, and the dashed ellipses indicate weaker coupling than the solid ellipses.
  • . 5 to 12 indicate the tunneling of the Majorana particles, and the double-dot chain arrows indicate the movement of the Majorana particles.
  • the Majorana grains are generated at the edge of the WTe 2 layer.
  • the position of the Majorana grains may be explained with reference to the normal metal electrode.
  • the position of the Majorana particle may be explained based on a planar view.
  • the first normal-conducting metal electrodes 11-12, the second normal-conducting metal electrode 21, and the third normal-conducting metal electrode are controlled by the first control unit. 32 is in the off state.
  • the WTe 2 layer 50 becomes a superconductor in the vicinity of the first normal-conducting metal electrodes 13-14, Majorana particles are generated on the X2 side of the first normal-conducting metal electrode 14, and the first normal-conducting metal electrode Majorana particles are generated between 13 and the first normal metal electrode 12 .
  • the WTe 2 layer 50 becomes a superconductor in the vicinity of the second normal-conducting metal electrodes 22 to 23, Majorana particles are generated on the X1 side of the second normal-conducting metal electrode 23, and the second normal-conducting metal electrode 21 and the second normal metal electrode 22, Majorana particles are generated. Furthermore, in the vicinity of the third normal-conducting metal electrode 31, the WTe 2 layer 50 becomes a superconductor, Majorana particles are generated on the Y1 side of the third normal-conducting metal electrode 31, and the third normal-conducting metal electrode 31 and the third normal-conducting metal electrode 31 3 Majorana particles are generated between the normal metal electrodes 32 .
  • the Majorana particles generated between the first normal-conducting metal electrode 13 and the first normal-conducting metal electrode 12 are defined as ⁇ 1, and the second normal-conducting metal electrode 21 and the second normal-conducting metal electrode ⁇ 2 is the Majorana particle generated between the electrode 22, ⁇ 3 is the Majorana particle generated on the Y1 side of the third normal metal electrode 31, the third normal metal electrode 31 and the third normal metal electrode 32
  • ⁇ 4 be the Majorana particle generated between The Majorana particles generated on the X2 side of the first normal metal electrode 14 are ⁇ 5
  • the Majorana particles generated on the X1 side of the second normal metal electrode 23 are ⁇ 6.
  • the superconducting phase difference between the first end 40A and the second end 40B is assumed to be ⁇ rad by the second control unit.
  • Majorana particle ⁇ 3 and Majorana particle ⁇ 4 are coupled. Thereafter, in one example of this control method, the Majorana particle ⁇ 1 and the Majorana particle ⁇ 2 are moved clockwise so as not to intersect, and their positions are exchanged.
  • the voltage applied to the second normal metal electrode 21 begins to rise, and at time t1, the second normal metal electrode 21 is turned on.
  • the range of the WTe 2- layer superconductor expands at the side 113, and the Majorana particles ⁇ 2 move to the X2 side of the second normal metal electrode 21, as shown in FIG.
  • the voltage applied to the third normal metal electrode 32 begins to rise.
  • the area of the WTe two- layer superconductor gradually expands at edge 115, and as shown in FIG.
  • the coupling with particle ⁇ 4 gradually weakens.
  • the superconducting phase difference begins to decrease.
  • the coupling between the Majorana particle ⁇ 2 and the Majorana particle ⁇ 3 is gradually strengthened.
  • the third normal-conducting metal electrode 32 is turned on and the superconducting phase difference is set to 0 rad.
  • the Majorana particles ⁇ 2 move to the X1 side of the third normal metal electrode 32 due to tunneling.
  • the Majorana particles ⁇ 3 move between the first normal metal electrode 11 and the second normal metal electrode 21 on the first edge 51 via the constricted portion 53, and the Majorana particles ⁇ 4 move to the third normal metal electrode 31. to the Y1 side of
  • the voltage applied to the first normal metal electrode 12 begins to rise.
  • the area of the WTe 2- layer superconductor gradually expands on the side 111, and the Majorana grains ⁇ 1 start to move along the first edge 51 toward the X1 side.
  • the first normal metal electrode 12 is turned on.
  • the Majorana particles ⁇ 1 move between the first normal metal electrode 11 and the first normal metal electrode 12, as shown in FIG.
  • the voltage applied to the first normal-conducting metal electrode 11 starts to increase, and the voltage applied to the second normal-conducting metal electrode 21 starts to decrease.
  • the range of the WTe two- layer superconductor gradually expands on the side 112, the Majorana grain ⁇ 1 begins to move along the first edge 51 toward the Y2 side, and the WTe two- layer superconductor on the side 113 The range gradually narrows, and the Majorana particle ⁇ 3 begins to move along the first edge 51 toward the X1 side.
  • the first normal-conducting metal electrode 11 is turned on and the second normal-conducting metal electrode 21 is turned off. Since the Majorana particle ⁇ 3 is coupled with the Majorana particle ⁇ 4, the Majorana particle ⁇ 1 moves between the second normal metal electrode 21 and the second normal metal electrode 22 by tunneling as shown in FIG.
  • the voltage applied to the first normal metal electrode 11 and the voltage applied to the third normal metal electrode 32 start to decrease.
  • the range of the WTe two- layer superconductor gradually narrows at sides 112 and 115, and as shown in FIG. Particle ⁇ 2 begins to move along the second edge 52 toward the X2 side and the Y1 side.
  • the superconducting phase difference starts to increase.
  • the coupling between the Majorana particle ⁇ 3 and the Majorana particle ⁇ 4 is gradually weakened.
  • the first normal-conducting metal electrode 11 and the third normal-conducting metal electrode 32 are turned off, and the superconducting phase difference is set to ⁇ rad.
  • Majorana particles ⁇ 2 move between the first normal metal electrode 11 and the first normal metal electrode 12 by tunneling.
  • the Majorana particles ⁇ 4 move to the Y2 side of the third normal metal electrode 31, and the Majorana particles ⁇ 3 move to the Y1 side of the third normal metal electrode 31 on the second edge 52 via the constricted portion 53.
  • first normal metal electrode 12 At time t7, the voltage applied to first normal metal electrode 12 begins to decrease, and at time t8, first normal metal electrode 12 is turned on. As a result, the extent of the WTe two- layer superconductor expands at side 111, and Majorana particles ⁇ 2 move between the first normal metal electrode 12 and the first normal metal electrode 13, as shown in FIG. .
  • Majorana particle ⁇ 1 and Majorana particle ⁇ 2 can be moved clockwise so that they do not intersect, and their positions can be exchanged.
  • the position of the Majorana particle within the first edge 51 and within the second edge 52 can be controlled by the first control unit, and the second control unit can control the tunneling of Majorana grains between the first edge 51 and the second edge 52 by .
  • the control of the positions of the Majorana particles in the first edge 51 and the second edge 52 and the control of the tunneling of the Majorana particles between the first edge 51 and the second edge 52 are performed independently. can be done. Therefore, excellent controllability can be obtained.
  • the interaction between the Majorana particles on the first edge 51 and the Majorana particles on the second edge 52 is caused by the superconducting phase difference between the first end 40A and the second end 40B of the superconducting metal loop 40. can be generated. Therefore, the distance between the first edge 51 and the second edge 52 in the constricted portion 53 does not need to be small enough to cause coupling due to the quantum tunnel effect.
  • the distance between apex 122 and apex 126 may be, for example, 50 nm or more. Therefore, it is easy to form the WTe 2 layer having the constricted portion 53, and the quantum device 1 can be stably manufactured.
  • 13 to 18 are top views showing the method of manufacturing the quantum device 1 according to the first embodiment.
  • 19 to 24 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the quantum device 1 according to the first embodiment.
  • a substrate 91 having an insulating layer 92 formed on its upper surface is prepared.
  • the substrate 91 is a Si substrate and the insulating layer 92 is a SiO2 layer.
  • a laminate of the substrate 91 and the insulating layer 92 may be a substrate with an oxide layer.
  • FIG. 19 corresponds to a cross-sectional view taken along line XIX-XIX in FIG.
  • the first normal metal electrodes 11-14, the second normal metal electrodes 21-23 and the third normal metal electrodes 31-32 are formed on the insulating layer 92. .
  • the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23 and the third normal-conducting metal electrodes 31-32 are, for example, Au electrodes or Pd electrodes.
  • the first normal-conducting metal electrodes 11-14, the second normal-conducting metal electrodes 21-23 and the third normal-conducting metal electrodes 31-32 can be formed by vapor deposition and lift-off, for example.
  • FIG. 20 corresponds to a cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG.
  • the insulating layer 92 is covered with the first normal metal electrodes 11-14, the second normal metal electrodes 21-23 and the third normal metal electrodes 31-32.
  • An insulating layer 61 is provided as follows.
  • the insulating layer 61 is, for example, an h-BN layer.
  • FIG. 21 corresponds to a cross-sectional view taken along line XXI-XXI in FIG.
  • FIG. 22 corresponds to a cross-sectional view taken along line XXII-XXII in FIG.
  • FIGS. 17 and 23 an insulating layer 62 is provided on the insulating layer 92 so as to cover the WTe2 layer 50 .
  • the insulating layer 62 is, for example, an h-BN layer.
  • FIG. 23 corresponds to a cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG.
  • the superconducting metal loop 40 is formed on the insulating layer 92, as shown in FIGS.
  • the material of the superconducting metal loop 40 is Al or Nb, for example.
  • the superconducting metal loop 40 can be formed by vapor deposition and lift-off, for example.
  • the quantum device 1 according to the first embodiment can be manufactured.
  • the insulating layer 92 may be a laminate of the first h-BN layer and the second h-BN layer.
  • the first h-BN layer is laminated without processing the WTe 2 layer, and then the first h-BN layer and the WTe 2 layer are processed to form the WTe 2 layer 50.
  • a second h-BN layer may then be deposited over the WTe 2 layer 50 and the first h-BN layer. In this case, oxidation of the WTe2 layer 50 is easily suppressed.
  • the distance between the superconducting metal loop 40 and the WTe2 layer 50 is small. Therefore, before forming the superconducting metal loop 40, the portion of the insulating layer 62 where the superconducting metal loop 40 is to be formed is preferably thinned by dry etching or the like to a thickness of, for example, about 1 nm to 3 nm. .
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing a quantum device according to the second embodiment.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing part of the quantum device according to the second embodiment.
  • FIG. 26 corresponds to a cross-sectional view taken along line XXVI-XXVI in FIG.
  • the insulating layer is omitted for convenience.
  • the superconducting metal loop 40 includes a first loop portion 41 including a first end 40A and a second loop portion including a second end 40B. and an aluminum oxide film 43 sandwiched between the first loop portion 41 and the second loop portion 42 .
  • the first loop portion 41 and the second loop portion 42 are Josephson-junctioned with each other through the aluminum oxide film 43 .
  • the second control section also has a DC power supply 85 connected between the first loop section 41 and the second loop section 42 .
  • a second control circuit 82 controls a DC power supply 85 .
  • the second control section changes the potential difference between the first loop section 41 and the second loop section 42, so that the voltage between the first end 40A and the second end 40B of the superconducting metal loop 40 is can control the superconducting phase difference of
  • FIG. 27 is a schematic diagram showing a quantum device according to the third embodiment.
  • the insulating layer is omitted for convenience.
  • the superconducting metal loop 40 includes the first normal metal electrodes 11 to 14, the second normal metal electrodes 21 to 23, and the third normal metal electrodes 21 to 23. It is arranged so as not to overlap with any of the normal conducting metal electrodes 31-32.
  • the superconducting metal loop 40 and the superconducting metal loop 40 form the first normal metal electrodes 11-14, the second normal metal electrodes 21-23, and the third normal metal electrodes 31-32. Unintended interactions between can be made less likely to occur.
  • the third embodiment it is easy to make the insulating layer 62 thin as a whole. Therefore, the superconducting phase difference in the constricted portion 53 can be easily controlled using the superconducting metal loop 40 without performing the process of thinning the insulating layer 62 as described above.
  • the numbers of the first normal-conducting metal electrode, the second normal-conducting metal electrode and the third normal-conducting metal electrode are not limited, it is preferable that each of them is two or more. More first normal metal electrodes, second normal metal electrodes and third normal metal electrodes may be provided.
  • the planar shape of the WTe two layers is not limited to a shape in which two rectangles are partially overlapped. In addition, even if the superconducting metal loop is positioned closer to the substrate than the WTe 2 layer, and the first normal metal electrode, the second normal metal electrode, and the third normal metal electrode are positioned away from the WTe 2 layer. good.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

量子デバイスは、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有するＷＴｅ２層と、前記第１面上に設けられた第１絶縁層と、前記第２面上に設けられた第２絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられた第１常伝導金属電極、第２常伝導金属電極及び第３常伝導金属電極と、前記第１常伝導金属電極、前記第２常伝導金属電極及び前記第３常伝導金属電極の電位を制御する第１制御部と、前記第２絶縁層上に設けられ、第１端及び第２端を備える超伝導金属配線と、前記第１端と前記第２端との間の超伝導位相差を制御する第２制御部と、を有し、前記第１面に垂直な方向からの平面視で、前記ＷＴｅ２層は、くびれ部を構成する第１縁及び第２縁を有し、前記くびれ部は前記第１端と前記第２端の間に設けられ、前記第１常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なり、前記第２常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から他方に離れた部分と重なり、前記第３常伝導金属電極は、前記第２縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なる。

Description

量子デバイス及び量子デバイスの制御方法
　本開示は、量子デバイス及び量子デバイスの制御方法に関する。
　誤り耐性をもつ量子コンピュータとして、マヨラナ粒子の位置交換（ブレーディング）を用いたトポロジカル量子ビットを含む量子コンピュータ（トポロジカル量子コンピュータ）の実現が期待されている。トポロジカル量子ビットには、４つのマヨラナ粒子を衝突させることなく位置交換する機能が必要とされる。非特許文献１に、２次元トポロジカル材料及び超伝導金属からなる構造に対して磁束を変化させてマヨラナ粒子の位置を制御する量子デバイスが提案されている。
特開２０２０－９６１０７号公報 米国特許第９０４０９５９号明細書 米国特許第１０３４６７６１号明細書
Phys. Scr. T164 (2015) 014007
　しかしながら、非特許文献１に記載の量子デバイスを安定して製造することは容易ではない。
　本開示の目的は、安定して製造することができる量子デバイス及び量子デバイスの制御方法を提供することにある。
　本開示の一形態によれば、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有するＷＴｅ２層と、前記第１面上に設けられた第１絶縁層と、前記第２面上に設けられた第２絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられた第１常伝導金属電極、第２常伝導金属電極及び第３常伝導金属電極と、前記第１常伝導金属電極、前記第２常伝導金属電極及び前記第３常伝導金属電極の電位を制御する第１制御部と、前記第２絶縁層上に設けられ、第１端及び第２端を備える超伝導金属配線と、前記第１端と前記第２端との間の超伝導位相差を制御する第２制御部と、を有し、前記第１面に垂直な方向からの平面視で、前記ＷＴｅ２層は、くびれ部を構成する第１縁及び第２縁を有し、前記くびれ部は前記第１端と前記第２端の間に設けられ、前記第１常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なり、前記第２常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から他方に離れた部分と重なり、前記第３常伝導金属電極は、前記第２縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なる量子デバイスが提供される。
　本開示によれば、安定して製造することができる。
図１は、第１実施形態に係る量子デバイスを示す模式図である。 図２は、第１実施形態に係る量子デバイスの一部を示す上面図である。 図３は、第１実施形態に係る量子デバイスを示す断面図である。 図４は、第１実施形態に係る量子デバイスの制御方法の一例を示すタイミングチャートである。 図５は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その１）である。 図６は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その２）である。 図７は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その３）である。 図８は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その４）である。 図９は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その５）である。 図１０は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その６）である。 図１１は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その７）である。 図１２は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図（その８）である。 図１３は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す上面図（その１）である。 図１４は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す上面図（その２）である。 図１５は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す上面図（その３）である。 図１６は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す上面図（その４）である。 図１７は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す上面図（その５）である。 図１８は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す上面図（その６）である。 図１９は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。 図２０は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。 図２１は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す断面図（その３）である。 図２２は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す断面図（その４）である。 図２３は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す断面図（その５）である。 図２４は、第１実施形態に係る量子デバイスの製造方法を示す断面図（その６）である。 図２５は、第２実施形態に係る量子デバイスを示す模式図である。 図２６は、第２実施形態に係る量子デバイスを示す断面図である。 図２７は、第３実施形態に係る量子デバイスを示す模式図である。
　以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本開示においては、Ｘ１－Ｘ２方向、Ｙ１－Ｙ２方向、Ｚ１－Ｚ２方向を相互に直交する方向とする。Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向を含む面をＸＹ面と記載し、Ｙ１－Ｙ２方向及びＺ１－Ｚ２方向を含む面をＹＺ面と記載し、Ｚ１－Ｚ２方向及びＸ１－Ｘ２方向を含む面をＺＸ面と記載する。なお、便宜上、Ｚ１－Ｚ２方向を上下方向とし、Ｚ１側を上側、Ｚ２側を下側とする。また、平面視とは、Ｚ１又はＺ２側から対象物を視ることをいい、平面形状とは、対象物をＺ１側から視た形状のことをいう。
　（第１実施形態）
　まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態は量子デバイスに関する。図１は、第１実施形態に係る量子デバイスを示す模式図である。図２は、第１実施形態に係る量子デバイスの一部を示す上面図である。図３は、第１実施形態に係る量子デバイスを示す断面図である。図１及び図２では、便宜上、絶縁層を省略している。図３は、図２中のII-II線に沿った断面図に相当する。
　図１～図３に示すように、第１実施形態に係る量子デバイス１は、基板９１と、絶縁層９２と、第１常伝導金属電極１１～１４と、第２常伝導金属電極２１～２３と、第３常伝導金属電極３１～３２と、絶縁層６１と、ＷＴｅ２層５０と、絶縁層６２と、超伝導金属ループ４０とを有する。量子デバイス１は、更に、第１制御部と、第２制御部とを有する。
　絶縁層９２は基板９１の上に設けられている。例えば、基板９１はＳｉ基板であり、絶縁層９２はＳｉＯ２層である。基板９１と絶縁層９２との積層体が酸化層付き基板であってもよい。
　第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２は絶縁層９２の上に設けられている。第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２は、例えばＡｕ電極又はＰｄ電極である。第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２の厚さは、例えば１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。絶縁層９２と第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２との間に、厚さが数ｎｍのＴｉ膜が設けられていてもよい。第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２の配置については後述する。
　絶縁層６１は絶縁層９２の上に、第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２を覆うように設けられている。絶縁層６１は、例えば六方晶ＢＮ（ｈ－ＢＮ）層である。絶縁層６１の厚さは、例えば３０ｎｍである。絶縁層６１は第１絶縁層の一例である。
　ＷＴｅ２層５０は絶縁層６１の上に設けられている。ＷＴｅ２は層状物質である。ＷＴｅ２層５０は、１又は互いに積層された複数のＷＴｅ２を含む。ＷＴｅ２層５０が１層のＷＴｅ２から構成される場合、ＷＴｅ２層５０はヘリカルエッジチャネルを有する。ＷＴｅ２層５０が複数層のＷＴｅ２から構成される場合、ＷＴｅ２層５０はヒンジチャネルを有する。
　ＷＴｅ２層５０は、下面５０Ａと、下面５０Ａとは反対側の上面５０Ｂとを有する。絶縁層６１がＷＴｅ２層５０の下面５０Ａを覆う。また、第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２はＷＴｅ２層５０との間で絶縁層６１を覆うように設けられている。下面５０Ａは第１面の一例である。
　ＷＴｅ２層５０は、例えば２つの長方形が一部で重なったような八角形状の平面形状を有する。平面視で、ＷＴｅ２層５０は、辺１１１～１１８及び頂点１２１～１２８を有する。辺１１１、１１３、１１５及び１１７は、Ｘ１－Ｘ２方向に平行であり、辺１１２、１１４、１１６及び１１８は、Ｙ１－Ｙ２方向に平行である。
　頂点１２１は、辺１１１と辺１１２との交点である。辺１１１は頂点１２１からＸ２側に延び、辺１１２は頂点１２１からＹ２側に延びる。頂点１２２は、辺１１２と辺１１３との交点である。辺１１２は頂点１２２からＹ１側に延び、辺１１３は頂点１２２からＸ１側に延びる。頂点１２３は、辺１１３と辺１１４との交点である。辺１１３は頂点１２３からＸ２側に延び、辺１１４は頂点１２３からＹ２側に延びる。頂点１２４は、辺１１４と辺１１５との交点である。辺１１４は頂点１２４からＹ１側に延び、辺１１５は頂点１２４からＸ２側に延びる。頂点１２５は、辺１１５と辺１１６との交点である。辺１１５は頂点１２５からＸ１側に延び、辺１１６は頂点１２５からＹ１側に延びる。頂点１２６は、辺１１６と辺１１７との交点である。辺１１６は頂点１２６からＹ２側に延び、辺１１７は頂点１２６からＸ２側に延びる。頂点１２７は、辺１１７と辺１１８との交点である。辺１１７は頂点１２７からＸ１側に延び、辺１１８は頂点１２７からＹ１側に延びる。頂点１２８は、辺１１８と辺１１１との交点である。辺１１８は頂点１２８からＹ２側に延び、辺１１１は頂点１２８からＸ１側に延びる。
　頂点１２２と頂点１２６との間の距離は、例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、ＷＴｅ２層５０は頂点１２２及び１２６の近傍でくびれた平面形状を有する。ＷＴｅ２層５０は、辺１１１～１１３を含む第１縁５１と、辺１１５～１１６を含む第２縁５２とを有する。第１縁５１及び第２縁５２は、頂点１２２及び１２６の近傍にくびれ部５３を構成する。頂点１２２と頂点１２６との間の距離は、好ましくは１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。
　第１常伝導金属電極１１～１４は、平面視で、第１縁５１のうちくびれ部５３から一方に離れた部分（辺１１１～１１２）と重なる。例えば、第１常伝導金属電極１１は辺１１２と重なり、第１常伝導金属電極１２～１４は辺１１１と重なる。第１常伝導金属電極１２～１４は、この順で頂点１２１から頂点１２８に向かって並んでいる。第１常伝導金属電極１１～１４の第１縁５１に沿う方向の長さは、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましくは１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。また、第１縁５１に沿う方向における第１常伝導金属電極１１～１４の間隔は、例えば３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは４０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、更に好ましくは５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
　第２常伝導金属電極２１～２３は、平面視で、第１縁５１のうちくびれ部５３から他方に離れた部分（辺１１３）と重なる。例えば、第２常伝導金属電極２１～２３は辺１１３と重なる。第２常伝導金属電極２１～２３は、この順で頂点１２２から頂点１２３に向かって並んでいる。第２常伝導金属電極２１～２３の第１縁５１に沿う方向の長さは、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましくは１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。また、第１縁５１に沿う方向における第２常伝導金属電極２１～２３の間隔は、例えば３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは４０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、更に好ましくは５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
　第３常伝導金属電極３１～３２は、平面視で、第２縁５２のうちくびれ部５３から一方に離れた部分（辺１１５～１１６）と重なる。例えば、第３常伝導金属電極３１は辺１１６と重なり、第３常伝導金属電極３２は辺１１５と重なる。第３常伝導金属電極３１～３２の第２縁５２に沿う方向の長さは、例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましくは１５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。また、第２縁５２に沿う方向における第３常伝導金属電極３１～３２の間隔は、例えば３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、好ましくは４０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、更に好ましくは５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。
　絶縁層６２は絶縁層９２の上に、ＷＴｅ２層５０を覆うように設けられている。絶縁層６２は、例えばｈ－ＢＮ層である。絶縁層６２の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以下であり、より好ましくは５ｎｍ以下であり、更に好ましくは３ｎｍ以下である。絶縁層６２の厚さの下限は、例えば１ｎｍである。絶縁層６２がＷＴｅ２層５０の上面５０Ｂを覆う。上面５０Ｂは第２面の一例である。絶縁層６２は第２絶縁層の一例である。
　超伝導金属ループ４０は絶縁層６２の上に設けられている。超伝導金属ループ４０の材料は、例えばＡｌ又はＮｂである。超伝導金属ループ４０にはスリット４０Ｓが形成されており、超伝導金属ループ４０はスリット４０Ｓを間に挟む第１端４０Ａ及び第２端４０Ｂを備える。スリット４０Ｓは、平面視でくびれ部５３と重なる。また、超伝導金属ループ４０はＷＴｅ２層５０との間で絶縁層６２を覆うように設けられている。
　第１制御部は、第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２の各々に個別に接続された直流電源７１と、直流電源７１を制御する第１制御回路７２とを有する。
　第２制御部は、交流回路８１と、交流回路８１を制御する第２制御回路８２とを有する。交流回路８１は、交流電源８３と、交流電源８３から電流が流れるインダクタ８４とを有する。インダクタ８４は超伝導金属ループ４０の近傍に配置されている。インダクタ８４が形成する磁場により超伝導金属ループ４０内の磁束が変化する。４なわち、第２制御部は、超伝導金属ループ４０内の磁束を変化させることで、第１端４０Ａと第２端４０Ｂとの間の超伝導位相差を制御する。
　量子デバイス１では、４Ｋ以下、例えば１Ｋ以下の極低温において、キャリア濃度に応じてＷＴｅ２層５０にトポロジカル絶縁体と超伝導体との間の相変化が生じる。例えば、第１常伝導金属電極１１に閾値以上の電圧が印加されると、第１常伝導金属電極１１の近傍において、キャリアが誘起されてＷＴｅ２層５０が超伝導体となる。一方、閾値以上の電圧の印加がされなくなると、第１常伝導金属電極１１の近傍においてＷＴｅ２層５０はトポロジカル絶縁体となる。以下、常伝導金属電極に閾値以上の電圧が印加された状態をオン状態、閾値以上の電圧が印加されていない状態をオフ状態ということがある。
　また、ＷＴｅ２層５０中に超伝導体の部分とトポロジカル絶縁体の部分とが存在する場合、ＷＴｅ２層５０の縁では、超伝導体の部分とトポロジカル絶縁体の部分との境界のトポロジカル絶縁体側において、マヨラナ粒子が生成される。従って、第１制御部によってオン状態とする常伝導金属電極を選択して超伝導体の部分とトポロジカル絶縁体の部分との境界を移動させることにより、マヨラナ粒子の位置を調整することができる。
　更に、第２制御部によって第１端４０Ａと第２端４０Ｂとの間の超伝導位相差を制御することにより、くびれ部５３の近傍において第１縁５１上のマヨラナ粒子と第２縁５２上のマヨラナ粒子との間で位置を交換させることができる。
　次に、第１実施形態に係る量子デバイス１の制御方法の一例について説明する。図４は、第１実施形態に係る量子デバイス１の制御方法の一例を示すタイミングチャートである。図５～図１２は、マヨラナ粒子の状態の変化を示す模式図である。この例では、第１制御部の制御によって、第１常伝導金属電極１３～１４、第２常伝導金属電極２２～２３及び第３常伝導金属電極３１が常時オン状態であるとする。図４には、第１常伝導金属電極１１～１２、第２常伝導金属電極２１及び第３常伝導金属電極３２の電圧の変化と、第１端４０Ａと第２端４０Ｂとの間の超伝導位相差の変化とを示す。図４中の電圧Ｖ０は閾値未満であり、電圧Ｖ１は閾値以上である。図５～図１２では、オン状態になっている電極を太線で示す。図５～図１２中の２つのマヨラナ粒子を囲む楕円は、これら２つのマヨラナ粒子がカップリングしていることを示し、破線の楕円は、実線の楕円よりもカップリングが弱まっていることを示す。また、図５～図１２中の破線の矢印はマヨラナ粒子のトンネリングを示し、二点鎖線の矢印はマヨラナ粒子の移動を示す。
　なお、上記のように、マヨラナ粒子はＷＴｅ２層の縁に生成されるが、以下、常伝導金属電極を基準としてマヨラナ粒子の位置について説明することがある。つまり、平面視に基づいてマヨラナ粒子の位置についての説明を行うことがある。
　この例では、図４に示すように、時刻ｔ０の初期状態において、第１制御部の制御によって、第１常伝導金属電極１１～１２、第２常伝導金属電極２１及び第３常伝導金属電極３２がオフ状態であるとする。この場合、第１常伝導金属電極１３～１４の近傍においてＷＴｅ２層５０が超伝導体となり、第１常伝導金属電極１４のＸ２側にマヨラナ粒子が生成されるとともに、第１常伝導金属電極１３と第１常伝導金属電極１２との間にマヨラナ粒子が生成される。また、第２常伝導金属電極２２～２３の近傍においてＷＴｅ２層５０が超伝導体となり、第２常伝導金属電極２３のＸ１側にマヨラナ粒子が生成されるとともに、第２常伝導金属電極２１と第２常伝導金属電極２２との間にマヨラナ粒子が生成される。更に、第３常伝導金属電極３１の近傍においてＷＴｅ２層５０が超伝導体となり、第３常伝導金属電極３１のＹ１側にマヨラナ粒子が生成されるとともに、第３常伝導金属電極３１と第３常伝導金属電極３２との間にマヨラナ粒子が生成される。
　以下、図５に示すように、第１常伝導金属電極１３と第１常伝導金属電極１２との間に生成されたマヨラナ粒子をγ１とし、第２常伝導金属電極２１と第２常伝導金属電極２２との間に生成されたマヨラナ粒子をγ２とし、第３常伝導金属電極３１のＹ１側に生成されたマヨラナ粒子をγ３とし、第３常伝導金属電極３１と第３常伝導金属電極３２との間に生成されたマヨラナ粒子をγ４とする。また、第１常伝導金属電極１４のＸ２側に生成されたマヨラナ粒子をγ５とし、第２常伝導金属電極２３のＸ１側に生成されたマヨラナ粒子をγ６とする。
　また、図４に示すように、初期状態において、第２制御部によって、第１端４０Ａと第２端４０Ｂとの間の超伝導位相差はπｒａｄであるとする。
　上記の初期状態では、マヨラナ粒子γ３とマヨラナ粒子γ４とがカップリングしている。以降、この制御方法の一例では、マヨラナ粒子γ１とマヨラナ粒子γ２とを交差しないように時計回りに移動させて、これらの位置を交換する。
　図４に示すように、時刻ｔ０において、第２常伝導金属電極２１に印加する電圧を上昇させ始め、時刻ｔ１において、第２常伝導金属電極２１をオン状態とする。この結果、辺１１３においてＷＴｅ２層の超伝導体の範囲が広がり、図６に示すように、マヨラナ粒子γ２が第２常伝導金属電極２１のＸ２側に移動する。また、時刻ｔ１において、第３常伝導金属電極３２に印加する電圧を上昇させ始める。この結果、辺１１５においてＷＴｅ２層の超伝導体の範囲が徐々に広がり、図６に示すように、マヨラナ粒子γ４が第２縁５２に沿ってＸ１側に移動し始め、マヨラナ粒子γ３とマヨラナ粒子γ４とのカップリングが徐々に弱まる。更に、時刻ｔ１において、超伝導位相差を減少させ始める。この結果、図６に示すように、マヨラナ粒子γ２とマヨラナ粒子γ３とのカップリングが徐々に強まる。
　その後、図４に示すように、時刻ｔ２において、第３常伝導金属電極３２をオン状態とするとともに、超伝導位相差を０ｒａｄとする。この結果、図７に示すように、トンネリングによりマヨラナ粒子γ２が第３常伝導金属電極３２のＸ１側に移動する。また、マヨラナ粒子γ３がくびれ部５３を介して第１縁５１の第１常伝導金属電極１１と第２常伝導金属電極２１との間に移動し、マヨラナ粒子γ４が第３常伝導金属電極３１のＹ１側に移動する。
　その後、図４に示すように、時刻ｔ３において、第１常伝導金属電極１２に印加する電圧を上昇させ始める。この結果、辺１１１においてＷＴｅ２層の超伝導体の範囲が徐々に広がり、マヨラナ粒子γ１が第１縁５１に沿ってＸ１側に移動し始める。
　その後、図４に示すように、時刻ｔ４において、第１常伝導金属電極１２をオン状態とする。この結果、図８に示すように、マヨラナ粒子γ１が第１常伝導金属電極１１と第１常伝導金属電極１２との間に移動する。また、時刻ｔ４において、第１常伝導金属電極１１に印加する電圧を上昇させ始めるともに、第２常伝導金属電極２１に印加する電圧を減少させ始める。この結果、辺１１２においてＷＴｅ２層の超伝導体の範囲が徐々に広がり、マヨラナ粒子γ１が第１縁５１に沿ってＹ２側に移動し始めるとともに、辺１１３においてＷＴｅ２層の超伝導体の範囲が徐々に狭まり、マヨラナ粒子γ３が第１縁５１に沿ってＸ１側に移動し始める。
　その後、図４に示すように、時刻ｔ５において、第１常伝導金属電極１１をオン状態とするとともに、第２常伝導金属電極２１をオフ状態とする。マヨラナ粒子γ３はマヨラナ粒子γ４とカップリングしているため、図９に示すように、トンネリングによりマヨラナ粒子γ１が第２常伝導金属電極２１と第２常伝導金属電極２２との間に移動する。
　その後、図４に示すように、時刻ｔ６において、第１常伝導金属電極１１に印加する電圧及び第３常伝導金属電極３２に印加する電圧を減少させ始める。この結果、辺１１２及び辺１１５においてＷＴｅ２層の超伝導体の範囲が徐々に狭まり、図１０に示すように、マヨラナ粒子γ３が第１縁５１に沿ってＹ１側に移動し始めるとともに、マヨラナ粒子γ２が第２縁５２に沿ってＸ２側及びＹ１側に移動し始める。また、時刻ｔ６において、超伝導位相差を上昇させ始める。この結果、図１０に示すように、マヨラナ粒子γ３とマヨラナ粒子γ４とのカップリングが徐々に弱まる。
　その後、図４に示すように、時刻ｔ７において、第１常伝導金属電極１１及び第３常伝導金属電極３２をオフ状態にするとともに、超伝導位相差をπｒａｄとする。この結果、図１１に示すように、トンネリングによりマヨラナ粒子γ２が第１常伝導金属電極１１と第１常伝導金属電極１２との間に移動する。また、マヨラナ粒子γ４が第３常伝導金属電極３１のＹ２側に移動し、マヨラナ粒子γ３がくびれ部５３を介して第２縁５２の第３常伝導金属電極３１のＹ１側に移動する。
　また、時刻ｔ７において、第１常伝導金属電極１２に印加する電圧を減少させ始め、時刻ｔ８において、第１常伝導金属電極１２をオン状態とする。この結果、辺１１１においてＷＴｅ２層の超伝導体の範囲が広がり、図１２に示すように、マヨラナ粒子γ２が第１常伝導金属電極１２と第１常伝導金属電極１３との間に移動する。
　このようにして、マヨラナ粒子γ１とマヨラナ粒子γ２とを交差しないように時計回りに移動させて、これらの位置を交換することができる。
　このように、第１実施形態に係る量子デバイス１によれば、第１制御部により第１縁５１内及び第２縁５２内でのマヨラナ粒子の位置を制御することができ、第２制御部により第１縁５１と第２縁５２との間でのマヨラナ粒子のトンネリングを制御することができる。つまり、第１縁５１内及び第２縁５２内でのマヨラナ粒子の位置の制御と、第１縁５１と第２縁５２との間でのマヨラナ粒子のトンネリングの制御とを独立して行うことができる。従って、優れた制御性を得ることができる。
　また、超伝導金属ループ４０の第１端４０Ａと第２端４０Ｂとの間の超伝導位相差により第１縁５１上のマヨラナ粒子と第２縁５２上のマヨラナ粒子との間に相互作用を生じさせることができる。このため、くびれ部５３における第１縁５１と第２縁５２との間の距離は、量子トンネル効果によるカップリングが起こる程度まで小さくする必要はない。頂点１２２と頂点１２６との間の距離は、例えば５０ｎｍ以上であってもよい。従って、くびれ部５３を備えたＷＴｅ２層を形成しやすく、安定して量子デバイス１を製造することができる。
　次に、第１実施形態に係る量子デバイス１の製造方法について説明する。図１３～図１８は、第１実施形態に係る量子デバイス１の製造方法を示す上面図である。図１９～図２４は、第１実施形態に係る量子デバイス１の製造方法を示す断面図である。
　まず、図１３及び図１９に示すように、上面に絶縁層９２が形成された基板９１を準備する。例えば、基板９１はＳｉ基板であり、絶縁層９２はＳｉＯ２層である。基板９１と絶縁層９２との積層体が酸化層付き基板であってもよい。図１９は、図１３中のXIX-XIX線に沿った断面図に相当する。
　次いで、図１４及び図２０に示すように、絶縁層９２の上に第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２を形成する。第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２は、例えばＡｕ電極又はＰｄ電極である。第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２は、例えば、蒸着法及びリフトオフ法により形成することができる。密着性の向上のために、絶縁層９２と第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２との間に厚さが数ｎｍのＴｉ膜を形成してもよい。図２０は、図１４中のXX-XX線に沿った断面図に相当する。
　その後、図１５及び図２１に示すように、絶縁層９２の上に、第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２を覆うように絶縁層６１を設ける。絶縁層６１は、例えばｈ－ＢＮ層である。図２１は、図１５中のXXI-XXI線に沿った断面図に相当する。
　続いて、ＷＴｅ２層を絶縁層６１の上に設ける。次いで、リソグラフィによってＷＴｅ２層を加工することで、図１６及び図２２に示すように、第１縁５１、第２縁５２及びくびれ部５３を備えたＷＴｅ２層を形成する。図２２は、図１６中のXXII-XXII線に沿った断面図に相当する。
　その後、図１７及び図２３に示すように、絶縁層９２の上に、ＷＴｅ２層５０を覆うように絶縁層６２を設ける。絶縁層６２は、例えばｈ－ＢＮ層である。図２３は、図１７中のXXIII-XXIII線に沿った断面図に相当する。
　絶縁層６２を設けた後、図１８及び図２４に示すように、絶縁層９２の上に超伝導金属ループ４０を形成する。超伝導金属ループ４０の材料は、例えばＡｌ又はＮｂである。超伝導金属ループ４０は、例えば、蒸着法及びリフトオフ法により形成することができる。
　その後、図示を省略するが、第１制御部及び第２制御部を設ける。
　このようにして、第１実施形態に係る量子デバイス１を製造することができる。
　なお、絶縁層９２を第１ｈ－ＢＮ層及び第２ｈ－ＢＮ層の積層体としてもよい。この場合、ＷＴｅ２層を設けた後に、ＷＴｅ２層を加工することなく第１ｈ－ＢＮ層を積層し、その後に、第１ｈ－ＢＮ層及びＷＴｅ２層を加工してＷＴｅ２層５０を形成し、その後にＷＴｅ２層５０及び第１ｈ－ＢＮ層を覆うように第２ｈ－ＢＮ層を積層してもよい。この場合、ＷＴｅ２層５０の酸化を抑制しやすい。
　また、超伝導金属ループ４０を用いたくびれ部５３における超伝導位相差の制御のためには、超伝導金属ループ４０とＷＴｅ２層５０との間の距離が小さいことが好ましい。このため、超伝導金属ループ４０の形成前に、絶縁層６２の超伝導金属ループ４０が形成される部分をドライエッチング等により、例えば１ｎｍ～３ｎｍ程度の厚さになるまで薄膜化することが好ましい。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、主として第２制御部の構成の点で第１実施形態と相違する。図２５は、第２実施形態に係る量子デバイスを示す模式図である。図２６は、第２実施形態に係る量子デバイスの一部を示す断面図である。図２６は、図２５中のXXVI-XXVI線に沿った断面図に相当する。図２５では、便宜上、絶縁層を省略している。
　図２５及び図２６に示すように、第２実施形態に係る量子デバイス２では、超伝導金属ループ４０が、第１端４０Ａを含む第１ループ部４１と、第２端４０Ｂを含む第２ループ部４２と、第１ループ部４１と第２ループ部４２との間に挟まれた酸化アルミニウム膜４３とを有する。第１ループ部４１及び第２ループ部４２は酸化アルミニウム膜４３を介して互いにジョセフソン接合されている。第２制御部は、更に、第１ループ部４１と第２ループ部４２との間に接続された直流電源８５を有する。第２制御回路８２は、直流電源８５を制御する。
　他の構成は第１実施形態と同様である。
　量子デバイス２では、第２制御部が第１ループ部４１と第２ループ部４２との間の電位差を変化させることで、超伝導金属ループ４０の第１端４０Ａと第２端４０Ｂとの間の超伝導位相差を制御することができる。
　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、主として超伝導金属ループ４０の配置の点で第２実施形態と相違する。図２７は、第３実施形態に係る量子デバイスを示す模式図である。図２７では、便宜上、絶縁層を省略している。
　図２７に示すように、第３実施形態に係る量子デバイス３では、平面視で、超伝導金属ループ４０が第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２のいずれとも重ならないように配置されている。
　他の構成は第２実施形態と同様である。
　第３実施形態によれば、超伝導金属ループ４０と超伝導金属ループ４０が第１常伝導金属電極１１～１４、第２常伝導金属電極２１～２３及び第３常伝導金属電極３１～３２との間の意図しない相互作用を発生しにくくすることができる。
　また、第３実施形態では、絶縁層６２を全体的に薄くしやすい。このため、上記のような絶縁層６２を薄膜化する加工を行わなくても、超伝導金属ループ４０を用いてくびれ部５３における超伝導位相差の制御を行いやすくできる。
　なお、第３実施形態の超伝導金属ループ４０の配置を第１実施形態に適用してもよい。
　第１常伝導金属電極、第２常伝導金属電極及び第３常伝導金属電極の数は限定されないが、それぞれ２以上であることが好ましい。より多くの第１常伝導金属電極、第２常伝導金属電極及び第３常伝導金属電極が設けられていてもよい。また、ＷＴｅ２層の平面形状は、２つの長方形が一部で重なったような形状に限定されない。また、超伝導金属ループがＷＴｅ２層よりも基板側に位置し、第１常伝導金属電極、第２常伝導金属電極及び第３常伝導金属電極がＷＴｅ２層から離れる側に位置してもよい。
　以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
　１、２、３：量子デバイス
　１１、１２、１３、１４：第１常伝導金属電極
　２１、２２、２３：第２常伝導金属電極
　３１、３２：第３常伝導金属電極
　４０：超伝導金属ループ
　４０Ａ：第１端
　４０Ｂ：第２端
　４０Ｓ：スリット
　４１：第１ループ部
　４２：第２ループ部
　４３：酸化アルミニウム膜
　５０：ＷＴｅ２層
　５１：第１縁
　５２：第２縁
　５３：くびれ部
　６１、６２：絶縁層
　７１：直流電源
　７２：第１制御回路
　８１：交流回路
　８２：第２制御回路
　８５：直流電源
　γ１、γ２、γ３、γ４、γ５、γ６：マヨラナ粒子

Claims (18)

  1. 　第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有するＷＴｅ２層と、
    　前記第１面上に設けられた第１絶縁層と、
    　前記第２面上に設けられた第２絶縁層と、
    　前記第１絶縁層上に設けられた第１常伝導金属電極、第２常伝導金属電極及び第３常伝導金属電極と、
    　前記第１常伝導金属電極、前記第２常伝導金属電極及び前記第３常伝導金属電極の電位を制御する第１制御部と、
    　前記第２絶縁層上に設けられ、第１端及び第２端を備える超伝導金属配線と、
    　前記第１端と前記第２端との間の超伝導位相差を制御する第２制御部と、
    　を有し、
    　前記第１面に垂直な方向からの平面視で、
    　前記ＷＴｅ２層は、くびれ部を構成する第１縁及び第２縁を有し、
    　前記くびれ部は前記第１端と前記第２端の間に設けられ、
    　前記第１常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なり、
    　前記第２常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から他方に離れた部分と重なり、
    　前記第３常伝導金属電極は、前記第２縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なることを特徴とする量子デバイス。
  2. 　前記超伝導金属配線は前記第１端と前記第２端の間にスリットを有するループを有し、前記第２制御部は、前記ループ内の磁束を変化させることで、前記超伝導位相差を制御することを特徴とする請求項１に記載の量子デバイス。
  3. 　前記第２制御部は、前記ループ内の磁束を変化させる交流回路を有することを特徴とする請求項２に記載の量子デバイス。
  4. 　前記超伝導金属配線は、
    　前記第１端を含む第１ループ部と、
    　前記第２端を含み、前記第１ループ部にジョセフソン接合された第２ループ部と、
    　を有し、
    　前記第２制御部は、前記第１ループ部と前記第２ループ部との間の電位差を変化させることで、前記超伝導位相差を制御することを特徴とする請求項１に記載の量子デバイス。
  5. 　前記第２制御部は、前記第１ループ部と前記第２ループ部との間に接続された直流電源を有することを特徴とする請求項４に記載の量子デバイス。
  6. 　複数の前記第１常伝導金属電極が前記第１縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の量子デバイス。
  7. 　隣り合う前記第１常伝導金属電極の間の前記第１縁に沿う方向の距離は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の量子デバイス。
  8. 　複数の前記第２常伝導金属電極が前記第１縁のうち前記くびれ部から他方に離れた部分と重なることを特徴とする請求項６又は７に記載の量子デバイス。
  9. 　隣り合う前記第２常伝導金属電極の間の前記第１縁に沿う方向の距離は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の量子デバイス。
  10. 　複数の前記第３常伝導金属電極が前記第２縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の量子デバイス。
  11. 　隣り合う前記第３常伝導金属電極の間の前記第２縁に沿う方向の距離は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の量子デバイス。
  12. 　前記第１常伝導金属電極の前記第１縁に沿う方向の長さは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の量子デバイス。
  13. 　前記第２常伝導金属電極の前記第１縁に沿う方向の長さは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の量子デバイス。
  14. 　前記第３常伝導金属電極の前記第１縁に沿う方向の長さは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の量子デバイス。
  15. 　前記くびれ部における前記第１縁と前記第２縁との間の距離は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の量子デバイス。
  16. 　第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有するＷＴｅ２層と、
    　前記第１面上に設けられた第１絶縁層と、
    　前記第２面上に設けられた第２絶縁層と、
    　前記第１絶縁層上に設けられた第１常伝導金属電極、第２常伝導金属電極及び第３常伝導金属電極と、
    　前記第２絶縁層上に設けられ、第１端及び第２端を備える超伝導金属配線と、
    　を有し、
    　前記第１面に垂直な方向からの平面視で、
    　前記ＷＴｅ２層は、くびれ部を構成する第１縁及び第２縁を有し、
    　前記くびれ部は前記第１端と前記第２端の間に設けられ、
    　前記第１常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なり、
    　前記第２常伝導金属電極は、前記第１縁のうち前記くびれ部から他方に離れた部分と重なり、
    　前記第３常伝導金属電極は、前記第２縁のうち前記くびれ部から一方に離れた部分と重なる量子デバイスの制御方法であって、
    　前記第１常伝導金属電極、前記第２常伝導金属電極及び前記第３常伝導金属電極の電位を制御する工程と、
    　前記第１端と前記第２端との間の超伝導位相差を制御する工程と、
    　を有することを特徴とする量子デバイスの制御方法。
  17. 　前記超伝導金属配線は前記第１端と前記第２端の間にスリットを有するループを有し、前記超伝導位相差は、前記ループ内の磁束を変化させることで、制御されることを特徴とする請求項１６に記載の量子デバイスの制御方法。
  18. 　前記超伝導金属配線は、
    　前記第１端を含む第１ループ部と、
    　前記第２端を含み、前記第１ループ部にジョセフソン接合された第２ループ部と、
    　を有し、
    　前記超伝導位相差は、前記第１ループ部と前記第２ループ部との間の電位差を変化させることで制御されることを特徴とする請求項１６に記載の量子デバイスの制御方法。
PCT/JP2022/000309 2022-01-07 2022-01-07 量子デバイス及び量子デバイスの制御方法 WO2023132045A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023572303A JPWO2023132045A1 (ja) 2022-01-07 2022-01-07
PCT/JP2022/000309 WO2023132045A1 (ja) 2022-01-07 2022-01-07 量子デバイス及び量子デバイスの制御方法
US18/738,105 US20240349627A1 (en) 2022-01-07 2024-06-10 Quantum device and method for controlling quantum device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/000309 WO2023132045A1 (ja) 2022-01-07 2022-01-07 量子デバイス及び量子デバイスの制御方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/738,105 Continuation US20240349627A1 (en) 2022-01-07 2024-06-10 Quantum device and method for controlling quantum device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023132045A1 true WO2023132045A1 (ja) 2023-07-13

Family

ID=87073458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/000309 WO2023132045A1 (ja) 2022-01-07 2022-01-07 量子デバイス及び量子デバイスの制御方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240349627A1 (ja)
JP (1) JPWO2023132045A1 (ja)
WO (1) WO2023132045A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013247267A (ja) * 2012-05-28 2013-12-09 National Institute For Materials Science 縁マヨラナフェルミ粒子を使用したトポロジカル量子計算用デバイスユニット、及びその操作方法、並びにトポロジカル量子計算用デバイス、及びその操作方法
US20190220769A1 (en) * 2017-11-19 2019-07-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Quantum spin hall-based charging energy-protected quantum computation
US20200320420A1 (en) * 2019-04-02 2020-10-08 International Business Machines Corporation Tunable superconducting resonator for quantum computing devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013247267A (ja) * 2012-05-28 2013-12-09 National Institute For Materials Science 縁マヨラナフェルミ粒子を使用したトポロジカル量子計算用デバイスユニット、及びその操作方法、並びにトポロジカル量子計算用デバイス、及びその操作方法
US20190220769A1 (en) * 2017-11-19 2019-07-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Quantum spin hall-based charging energy-protected quantum computation
US20200320420A1 (en) * 2019-04-02 2020-10-08 International Business Machines Corporation Tunable superconducting resonator for quantum computing devices

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2023132045A1 (ja) 2023-07-13
US20240349627A1 (en) 2024-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11707000B2 (en) Side-gating in selective-area-grown topological qubits
KR102390376B1 (ko) 멀티-큐비트 소자 및 이를 포함하는 양자컴퓨터
WO2022137421A1 (ja) 量子ビット回路、量子コンピュータ及び量子ビット回路の製造方法
JP7532382B2 (ja) 量子デバイスの製作
JP7436457B2 (ja) グラジオメトリック並列超伝導量子干渉デバイス
KR101964904B1 (ko) 스커미온 형성을 위한 메탈 구조물, 메탈 구조물 내 스커미온 형성 방법
EP4032132B1 (en) Durable hybrid heterostructures and methods for manufacturing the same
JP6621499B2 (ja) 半導体素子及び半導体部品
JP2018198310A (ja) 半導体部品
WO2023132045A1 (ja) 量子デバイス及び量子デバイスの制御方法
CN104241093A (zh) 用于处理载体的方法和电子部件
JP2017050419A (ja) 半導体装置とその製造方法
KR101875931B1 (ko) 스커미온 형성을 위한 메탈 구조물, 메탈 구조물 내 스커미온 형성 방법
Coraiola et al. Spin-degeneracy breaking and parity transitions in three-terminal Josephson junctions
JP5092596B2 (ja) ナノマグネット、量子デバイス、及びこれらの製造方法
US20220020914A1 (en) Topological qubit architecture based on josephson junction fabricated on two-dimensional electron gases
JP2015084355A (ja) ナノ構造体シート、電子機器、ナノ構造体シートの製造方法、及び電子機器の製造方法
JP2023509328A (ja) 半導体－超伝導体ハイブリッド構造用の超伝導体ヘテロ構造
WO2023047460A1 (ja) マヨラナ量子ビット及び量子コンピュータ
RU2601775C2 (ru) Джозефсоновский магнитный поворотный вентиль
US12133475B2 (en) Component having a band assembly for individual electron movement over a long distance
US20220293846A1 (en) Component having a band assembly for individual electron movement over a long distance
CN113410376B (zh) 基于拓扑半金属纳米结构的拓扑量子比特装置及实现方法
KR20190020547A (ko) 스커미온 형성을 위한 메탈 구조물, 그 제조 방법
KR20230137186A (ko) 단열층을 구비하는 반도체 장치

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023572303

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE