マイクロソフトはマヨラナの夢を見るか～固体中におけるマヨラナ粒子観測論争について～
【イントロ】 人生ほんと辛い。 助けてほしい。 なので、すべてを解決する万能の力[1]が欲しいって思ったことありませんか？ 実はあります。 そう、それが量子コンピュータです。 本記事では、近年話題になっているMicrosoft社によるトポロジカル量子コンピュータ実現に向けた固体中のマヨラナ粒子発見論争についてまとめてみました。 各種論文や記事をまとめた内容になっていますので、自分の備忘録でもあります。 【背景】 現在世界中で量子コンピュータの研究が盛んに行われています[2]。超伝導方式[3]やイオントラップ方式[4]、光方式[5]など様々な方法が提案されていますが、まだ実用的なデバイスは誕生していません。その理由の一つが、量子コンピュータがノイズに弱く誤り訂正の技術が確立されていないためです[6]。 量子コンピュータの進展[3] 誤り耐性を持つ量子コンピュータの方式として注目されているのが、Kitaevが提案したボソンでもフェルミオンでもないエニオンと呼ばれる非アーベル統計に従う準粒子を利用したトポロジカル量子コンピュータです[7]。この方式において、局所的な擾乱によるエラーはそのトポロジカルな性質によって抑制されるため、誤り耐性をもった量子コンピュータが構築できることが期待されています[8]。 エニオンの代表的な例が、粒子と反粒子が同一の粒子であるマヨラナ粒子であり、その発見と制御がトポロジカル量子コンピュータ実現への第一歩となります[9]。マヨラナ粒子は、素粒子分野ではニュートリノが該当する可能性があり研究が進められています[10]。一方で、固体中の素励起、マヨラナ励起として実現する可能性があり注目されています[11]。実際、２０００年前後の２０年間で、「Majorana」（マヨラナ）を含む凝縮物性（Condensed Matter）分野の論文が１０倍以上に増加しているという調査もあり、現在もホットなトピックとなっています[12]。具体的には鉄系超伝導体[13]や量子スピン液体[14]などでその創発が報告されていますが、デバイスへの応用が近いと考えられているのが超伝導体-半導体ナノワイヤヘテロ構造です[15]。 超伝導体-半導体ナノワイヤヘテロ構造は、超伝導体に半導体ナノワイヤが接合された構造でありマヨラナ粒子(励起)が...
