Nieuw onderzoek: stap richting topologische quantumcomputers met alleen-randsupergeleiding

AmsterdamOnderzoekers van de Universiteit van Keulen hebben belangrijke vooruitgang geboekt in kwantummaterialen. Dit kan leiden tot verbeteringen in topologische supergeleiding en betrouwbare kwantumcomputers. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Physics.

Supergeleiding maakt het mogelijk dat elektriciteit zonder enige weerstand door bepaalde materialen stroomt. Het quantum anomalische Hall-effect veroorzaakt ook nul weerstand, maar alleen aan de randen van het materiaal. Door deze twee effecten te combineren, kunnen speciale deeltjes genaamd Majorana-fermionen ontstaan. Deze deeltjes zouden grote veranderingen in quantumcomputers teweeg kunnen brengen.

Belangrijke bevindingen uit het onderzoek:

• Onderzoekers gebruikten dunne films van een kwantum anomalous Hall isolator.
• Een supergeleidende Niobiumelektrode werd ingezet om chirale Majorana-toestanden op te wekken.
• Er werd gekruiste Andreevreflectie waargenomen, wat de geïnduceerde supergeleiding in de randtoestand bevestigde.

Uit deze experimenten blijkt dat materialen met speciale elektrische eigenschappen aan hun randen supergeleiders kunnen worden. Deze ontdekking biedt een nieuwe manier om geavanceerde kwantumtoestanden te onderzoeken, die cruciaal zijn voor stabielere en efficiëntere kwantumcomputers.

Anjana Uday, een doctoraalonderzoeker in haar laatste jaar, legde uit dat ze een elektron aan één kant van het isolatiemateriaal plaatsten. Aan de andere kant verscheen het als een gat, wat een elektron met een positieve lading is. Dit proces, genaamd gekruiste Andreev reflectie, bewijst dat er suprageleidendheid is ontstaan in de topologische randtoestand.

Lees ook:

Vandaag · 16:08

Een nieuwe blik op het brein van fruitvliegen

Gertjan Lippertz, een postdoctoraal onderzoeker, legde uit dat veel onderzoeksteams dit experiment de afgelopen tien jaar hebben geprobeerd, maar zonder succes. Hun succes was te danken aan het feit dat ze de filmafgifte van de kwantumanomale Hall-isolator combineerden met het maken van het apparaat en het uitvoeren van metingen bij ultra-lage temperaturen, allemaal binnen hetzelfde laboratorium.

Het onderzoeksteam werkte samen met collega's van KU Leuven, de Universiteit van Basel en Forschungszentrum Jülich. Yoichi Ando, hoogleraar experimentele natuurkunde, benadrukte dat samenwerking en de juiste middelen cruciaal waren voor deze belangrijke ontdekking.

Onderzoek naar en toepassing van topologische supergeleiding en chirale Majorana-randtoestanden kunnen quantum computing revolutioneren. Deze technologieën bieden mogelijk betrouwbare qubits die minder snel gegevens verliezen. De benadering van deze studie toont een effectieve methode om krachtigere en beter schaalbare quantumcomputers te ontwikkelen.

De volgende stappen zijn het uitvoeren van experimenten om de chirale Majorana-fermionen direct te bevestigen en hun unieke eigenschappen te begrijpen. Deze ontdekking biedt veel mogelijkheden voor toekomstig onderzoek.

Onderzoekers aan de Universiteit van Keulen hebben vooruitgang geboekt in topologische quantum computing, waardoor we een stap dichter bij het toekomstige gebruik van stabiele en efficiënte quantumcomputers komen.