Progresso verso il calcolo quantistico: la superconduttività ai bordi apre nuove prospettive.

RomeProgressi importanti nei materiali quantistici all'Università di Colonia

I ricercatori dell'Università di Colonia hanno ottenuto progressi significativi nei materiali quantistici, potenzialmente migliorando la superconduttività topologica e rendendo più affidabili i computer quantistici. I loro risultati sono stati pubblicati su Nature Physics.

La superconduttività permette il flusso dell'elettricità senza alcuna resistenza in certi materiali. L'effetto Hall quantistico anomalo provoca anch'esso zero resistenza, ma solo ai bordi del materiale. Combinando questi due effetti si possono creare particelle speciali chiamate fermioni di Majorana. Queste particelle potrebbero portare grandi rivoluzioni nei computer quantistici.

Ecco i punti salienti dello studio:

• I ricercatori hanno utilizzato film sottili di un isolante quantistico anomalo di Hall.
• È stato impiegato un elettrodo di Niobio superconduttore per generare stati di Majorana chirali.
• È stata osservata la riflessione Andreev incrociata, confermando la superconduttività indotta nello stato di bordo.

Questi esperimenti dimostrano che i materiali con proprietà elettriche speciali ai loro bordi possono diventare superconduttori. Questa scoperta offre un nuovo metodo per esplorare stati quantistici avanzati, cruciali per rendere i computer quantistici più stabili ed efficienti.

Anjana Uday, una ricercatrice di dottorato nell'ultimo anno, ha spiegato che hanno inserito un elettrone in un'estremità del materiale isolante. All'altra estremità, è uscito come una lacuna, cioè un elettrone con carica positiva. Questo processo, chiamato riflessione di Andreev incrociata, dimostra che la superconduttività è stata indotta nello stato di bordo topologico.

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Gertjan Lippertz, ricercatore post-dottorato, ha spiegato che molti team di ricerca hanno tentato questo esperimento nell'ultimo decennio senza successo. Il loro successo è dovuto al fatto di aver eseguito la deposizione del film dell'isolante anomalo quantistico di Hall, la creazione del dispositivo e le misurazioni a temperatura ultra-bassa tutte nello stesso laboratorio.

Il team di ricerca ha collaborato con colleghi della KU Leuven, dell'Università di Basilea e del Forschungszentrum Jülich. Yoichi Ando, professore di fisica sperimentale, ha dichiarato che la cooperazione e le risorse adeguate sono state fondamentali per questa importante scoperta.

Imparare e applicare la superconduttività topologica e gli stati di edge di Majorana chirali potrebbe rivoluzionare il calcolo quantistico. Questi fenomeni potrebbero fornire qubit affidabili con minore rischio di perdita di dati. L'approccio di questo studio suggerisce una valida via per creare computer quantistici più potenti ed espandibili.

I prossimi passaggi consistono nel condurre esperimenti per confermare direttamente i fermioni di Majorana chirali e comprenderne le caratteristiche uniche. Questa scoperta apre molte opportunità per la ricerca futura.

Ricercatori dell'Università di Colonia hanno compiuto passi avanti nel campo del calcolo quantistico topologico, avvicinandoci alla realizzazione di computer quantistici stabili ed efficienti per il futuro.