Wetenschappers ontwikkelen quantummagneten met beschermde excitaties voor betere quantumcomputers

AmsterdamOnderzoekers van de Aalto Universiteit en het Instituut voor Fysica CAS hebben een nieuw soort kwantummateriaal ontwikkeld dat belangrijk zou kunnen zijn voor kwantumtechnologie. Door dit materiaal atoom voor atoom op te bouwen, hebben ze een geavanceerder type kwantummagneet getoond. Dit is een belangrijke stap in het creëren van kwantummaterialen die beter beschermd zijn tegen decoherentie, een groot probleem in kwantumcomputing en -technologie.

Onderzoekers plaatsten magnetische titaniumatomen op een magnesiumoxides oppervlak. Ze stemden zorgvuldig de interacties tussen deze atomen af om een unieke vorm van kwantummagnetisme te creëren. Deze succesvolle realisatie werd eerst theoretisch voorgesteld door Jose Lado aan de Aalto Universiteit en vervolgens gebouwd en getest door het team van Kai Yang met behulp van precieze atomaire manipulatiemethoden.

Belangrijke eigenschappen van de nieuwe topologische kwantummagneet zijn:

• Weerstand tegen verstoringen, waardoor het zeer stabiel is onder diverse omstandigheden.
• Hogere coherentieniveaus dan bestaande kwantummaterialen, wat van cruciaal belang is voor toepassingen in kwantumcomputing.
• Mogelijkheden voor fractionele excitatie waarbij elektronen zich gedragen alsof ze in delen zijn gesplitst, wat compleet nieuwe fysische fenomenen introduceert.

Quantum-magneten kunnen op grote schaal kwantumtoestanden vertonen. Onlangs hebben wetenschappers een nieuw type quantum-magneet ontwikkeld dat gebruikmaakt van topologische excitaties en de coherentie beter behoudt. Dit kan leiden tot qubits die betrouwbaarder en beter bestand zijn tegen fouten door decoherentie.

Lees ook:

Vandaag · 12:24

Groen proces zet plantafval om in vliegtuigbrandstof

Het onderzoek richtte zich op het gebruik van een scanning tunneling microscoop om individuele atomen en qubits nauwkeurig te beheersen en te bestuderen. Deze methode biedt het hoge niveau van controle dat nodig is voor de ontwikkeling van nieuwe quantum materialen. De onderzoekers toonden aan dat topologische quantum-excitatie coherent bleven en bestand waren tegen externe verstoringen, zoals theoretisch voorspeld.

Deze ontwikkeling opent niet alleen nieuwe wegen in de fundamentele kwantumfysica, maar kan ook een grote invloed hebben op toekomstige kwantumtechnologieën. Zo zou het kunnen leiden tot stabielere en betrouwbaardere kwantumcomputers die superieur zijn aan de huidige. Bovendien kan het vermogen om materialen met speciale kwantumeigenschappen te maken, innovaties brengen op het gebied van kwantumcommunicatie, sensoren en cryptografie.

Dit onderzoek benadrukt hoe topologische kwantummaterialen kunnen bijdragen aan het oplossen van problemen binnen de huidige kwantumtechnologieën. Door de unieke eigenschappen van topologische kwantummagneten te benutten, komen wetenschappers dichter bij de ontwikkeling van geavanceerde kwantumapparaten met nieuwe en indrukwekkende mogelijkheden.