Bahnbrechender Fortschritt: Spitzenleistung im topologischen Quantencomputing durch randbasierte Supraleitung erreicht

BerlinForschern der Universität zu Köln ist ein großer Fortschritt im Bereich der Quantentechnologie gelungen. Dies könnte zu Verbesserungen in der topologischen Supraleitung und zuverlässigen Quantencomputern führen. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Nature Physics veröffentlicht.

Supraleitung ermöglicht es, dass Strom in bestimmten Materialien ohne jeglichen Widerstand fließt. Der Quanten-anomale Hall-Effekt führt ebenfalls zu null Widerstand, allerdings nur an den Rändern des Materials. Die Kombination dieser beiden Effekte kann spezielle Teilchen namens Majorana-Fermionen erzeugen. Diese Teilchen könnten die Quantencomputer revolutionieren.

Wichtige Erkenntnisse der Studie:

• Forscher setzten dünne Filme eines Quantenanomalien-Hall-Isolators ein.
• Ein supraleitendes Niobelektrode wurde verwendet, um chirale Majorana-Zustände zu erzeugen.
• Die Beobachtung gekreuzter Andreev-Reflexionen bestätigte die induzierte Supraleitung im Randzustand.

Diese Experimente zeigen, dass Materialien mit besonderen elektrischen Eigenschaften an ihren Rändern zu Supraleitern werden können. Diese Entdeckung eröffnet eine neue Methode zur Erforschung fortgeschrittener Quantenzustände, die für die Stabilität und Effizienz von Quantencomputern von großer Bedeutung sind.

Anjana Uday, Doktorandin im letzten Jahr ihrer Forschung, erläuterte, dass sie ein Elektron an einem Ende des Isolators platzierten. Am anderen Ende trat es als Loch wieder aus, ein Elektron mit positiver Ladung. Dieses Phänomen, bekannt als gekreuzte Andreev-Reflexion, beweist, dass Supraleitung im topologischen Randzustand induziert wurde.

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Gertjan Lippertz, ein Postdoktorand, erklärte, dass viele Forscherteams in den letzten zehn Jahren versucht haben, dieses Experiment durchzuführen, jedoch ohne Erfolg. Ihr Erfolg war darauf zurückzuführen, dass sie die Abscheidung des anomal anomalen Quanten-Hall-Isolators, die Herstellung des Geräts und die Messungen bei ultraniedrigen Temperaturen alle im selben Labor durchführten.

Das Forscherteam arbeitete mit Kollegen der KU Leuven, der Universität Basel und dem Forschungszentrum Jülich zusammen. Yoichi Ando, Professor für Experimentalphysik, betonte, dass Zusammenarbeit und die richtigen Ressourcen entscheidend für diese bedeutende Entdeckung waren.

Das Erlernen und Anwenden von topologischer Supraleitung und chiralen Majorana-Randzuständen könnte die Quantencomputing-Welt revolutionieren. Diese könnten zuverlässige Qubits bieten, die weniger anfällig für Datenverluste sind. Der Ansatz dieser Studie deutet darauf hin, dass dies eine vielversprechende Methode zur Schaffung robusterer und skalierbarer Quantencomputer ist.

Die nächsten Schritte bestehen darin, Experimente durchzuführen, um die Existenz der chiralen Majorana-Fermionen direkt zu bestätigen und deren einzigartige Eigenschaften zu verstehen. Diese Entdeckung eröffnet zahlreiche Möglichkeiten für zukünftige Forschung.

Forschern der Universität zu Köln ist ein Durchbruch in der topologischen Quanteninformatik gelungen, der uns der Entwicklung stabiler und effizienter Quantencomputer näher bringt.