論文の概要: Decoherence of Majorana qubits by 1/f noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.22394v2
• Date: Fri, 08 Aug 2025 15:22:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-11 14:17:29.392972
• Title: Decoherence of Majorana qubits by 1/f noise
• Title（参考訳）: 1/f雑音によるMajorana量子ビットのデコヒーレンス
• Authors: Abhijeet Alase, Marcus C. Goffage, Maja C. Cassidy, Susan N. Coppersmith,
• Abstract要約: 超伝導体-半導体ナノワイヤにおけるマヨラナゼロモード(MZM)に基づく量子ビットは、実用規模の量子コンピューティングのプラットフォームとして大きな関心を集めている。 これらの誤差率は、ナノワイヤ長の増大や温度の低下とともに指数関数的に抑制されることが期待されている。 ここでは、この期待に挑戦する基本的なデコヒーレンスメカニズムを特定します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Qubits based on Majorana zero modes (MZMs) in superconductor-semiconductor nanowires have attracted intense interest as a platform for utility-scale quantum computing, due to their promise of intrinsically low error rates enabled by topological protection. These error rates are expected to be suppressed exponentially with increasing nanowire length or decreasing temperature. Here we identify a fundamental decoherence mechanism that challenges this expectation. The high-frequency components of 1/f charge noise, ubiquitous in semiconductor devices, can excite quasiparticles in the bulk of the topological superconductor, which travel to the ends of the nanowire to poison the MZMs. This mechanism leads to qubit errors that grow with the length of the nanowire. We calculate the excitation rates for clean nanowires and show that this noise imposes a strict limit on the coherence times of the qubits currently being developed, reducing them to less than one microsecond even under ideal conditions. These timescales are significantly shorter than those required for gate operations, posing a serious obstacle to the scalability of Majorana-based quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 超伝導体-半導体ナノワイヤにおけるマヨラナゼロモード(MZM)に基づく量子ビットは、トポロジカル保護により本質的に低い誤差率を期待できるため、実用規模の量子コンピューティングのプラットフォームとして大きな関心を集めている。 これらの誤差率は、ナノワイヤ長の増大や温度の低下とともに指数関数的に抑制されることが期待されている。 ここでは、この期待に挑戦する基本的なデコヒーレンスメカニズムを特定します。 1/f帯電ノイズの高周波成分は半導体デバイスでユビキタスであり、トポロジカル超伝導体のバルク内で準粒子を励起し、ナノワイヤの端へ移動してMZMを中毒する。 この機構はナノワイヤの長さで成長する量子ビット誤差を引き起こす。 クリーンナノワイヤの励起速度を計算し、このノイズが現在開発中の量子ビットのコヒーレンス時間に厳密な制限を課し、理想的な条件下であっても1マイクロ秒未満に減少することを示す。 これらの時間スケールはゲート演算に必要なものよりも著しく短く、Majoranaベースの量子コンピューティングのスケーラビリティに深刻な障害をもたらす。

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