[发明专利]用电场控制马约拉纳零能模移动的方法

说明书

一种用电场控制马约拉纳零能模移动的方法，采用磁电层构建由电场控制的局域磁场阵列，通过局域磁场阵列束缚或者直接在拓扑超导体上产生负载MZM的磁通涡旋，进一步通过移动磁场实现马约拉纳零能模移动以及编织操作。相比于当前方法速度快，能简便控制及移动马约拉纳零能模移动，能够大规模集成。

技术领域

本发明涉及的是一种量子计算领域的技术，具体是一种用电场控制马约拉纳零能模移动以完成拓扑量子计算的方法。

背景技术

拓扑量子计算使用具有非阿贝尔(non-Abelian)统计性质的粒子，如马约拉纳(Majorana)费米子或者具有和马约拉纳费米子相同性质的、出现在拓扑超导体(topological superconductor，TSC)磁通涡旋中心的马约拉纳零能模(Majorana zeromode，MZM)。当前实验上试图实现编织MZM操作，普遍的思路以及方法是用探针如扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)针尖，磁力显微镜(magnetic forcemicroscopy，MFM)针尖等来拖动拓扑超导体上负载有MZM的磁通涡旋，但该技术探针拖动需要机械移动、速度慢、不能直接控制拓扑超导体上磁通涡旋的位置，只能先大范围扫描寻找合适的磁通涡旋，再进行编织操作。

发明内容

本发明针对现有技术机械移动速度慢、难以定位和控制MZM、一个针尖同时只能实现单个MZM的编织操作的不足，提出一种用电场控制马约拉纳零能模移动的方法，相比于当前方法速度快，能简便控制及移动马约拉纳零能模移动，能够大规模集成。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明采用磁电(magnetoeletric，ME)层构建由电场控制的局域磁场阵列，通过局域磁场阵列束缚或者直接在拓扑超导体上产生负载MZM的磁通涡旋，进一步通过移动磁场实现马约拉纳零能模移动以及编织操作。

所述的局域磁场阵列用于定义马约拉纳零能模的移动路线，包括：磁电层与拓扑超导体层构成的异质结(heterostructure)及其电极组成的阵列，与阵列相连的控制电路。

所述的磁电层，为具有磁电效应或等效磁电效应的材料制成，采用但不限于具有压磁效应的材料如Cr₂O₃，具有等效磁电效应的材料如压磁(piezoelectric，PZE)材料和压电(piezomagnetic，PZM)材料的组合体或者是铁磁体(ferromagnet，FM)和压电材料的组合体。

所述的移动磁场是指：通过电场控制相邻电极处连接的磁电层与拓扑超导体层构成的异质结的磁场变化实现，由于拓扑超导体上产生负载MZM的磁通涡旋会随着局域磁场移动，移动磁场就可以移动MZM。

所述的局域磁场阵列采用光刻技术制成。

技术效果

本发明提出的MZM移动的方法，由于用电场控制，速度快；局域磁场可以束缚或者直接在拓扑超导体上产生负载MZM的磁通涡旋，可以简便控制以及移动MZM；磁电材料层与相应电极组成的阵列以及控制电场的电子电路，可以通过光刻技术在大尺寸样品上刻出，容易大规模集成。

附图说明

图1为实施例基本单元示意图；

图2为实施例编织操作示意图；

图中：a为实施例编织操作阵列侧视示意图；b为实施例编织操作俯视示意图；拓扑超导体1、具有磁电效应或等效磁电效应的材料层2、电极3。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的局域磁场阵列中的基本单元，包括：拓扑超导体1和与之相连构成异质结的具有磁电效应或等效磁电效应的材料层2以及设置于材料层两侧的电极3。