超伝導体：マヨラナ島ゼロモードの指数関数的保護
Nature 531, 7593 doi: 10.1038/nature17162
マヨラナゼロモードは凝縮系の準粒子励起であり、フォールトトレラント量子コンピューターの構成要素として提案されている。このモードは、フェルミオンやボソンの通常の統計とは異なり非アーベル型の粒子統計を示すと予測されており、互いの周りで孤立モードを組み紐にすることで量子演算が可能となる。量子組み紐演算は、こうしたモードがゼロエネルギー付近でピン止めされるかぎりトポロジカルに保護され、モードが空間分離すると、ゼロエネルギーからのずれは指数関数的に小さくなると予測されている。理論提案に従って、いくつかの実験では近接性誘起の超伝導性を持つナノワイヤーや原子鎖においてマヨラナモードの特徴が見いだされており、少量のモード分裂はマヨラナモードの混成によって説明される可能性がある。今回我々は、エピタキシャルアルミニウムを付けたInAsナノワイヤーセグメントに対してクーロンブロッケード分光を行い、ゼロエネルギー近傍のマヨラナモード分裂を測定した。このセグメントでは近接性誘起の超伝導クーロン島（「マヨラナ島」）が形成され、この島はトンネル障壁によって常伝導金属リード線から分離されている。我々は、ワイヤーが長くなるのに伴って、エネルギー分裂が指数関数的に抑制されるのを観測した。長さが数百ナノメートルの短いデバイスでは、混成マヨラナモードで予測されるとおり、磁場変化に応じてサブギャップ状態のエネルギーが振動した。また、ワイヤーを0.5 μm長くするごとに、エネルギー分裂が約10倍小さくなった。約1 μmより長いデバイスでは、強磁場中の輸送が連続帯からエネルギー的に分離したゼロエネルギー状態を通して起こり、一様な間隔でクーロンブロッケードのコンダクタンスピークが生じる。これは、マヨラナモードを通したテレポーテーションと一致する。今回の結果は、有限系における自明な状態からトポロジカルな状態への転移を説明し、終モード間隔でトポロジカル保護のスケーリングを定量化するのに役立つ。
