Nowe badania: skok w kierunku topologicznego komputera kwantowego z nadprzewodnictwem na krawędziach

WarsawNaukowcy z Uniwersytetu w Kolonii poczynili znaczące postępy w dziedzinie materiałów kwantowych. Może to prowadzić do ulepszeń w nadprzewodnictwie topologicznym oraz niezawodnym obliczeniach kwantowych. Ich odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Physics.

Nadprzewodnictwo umożliwia przepływ prądu elektrycznego bez żadnego oporu w niektórych materiałach. Kwantowy anomalny efekt Halla również prowadzi do zerowego oporu, ale tylko na krawędziach materiału. Połączenie tych dwóch zjawisk może prowadzić do powstania specjalnych cząsteczek zwanych fermionami Majorany. Te cząstki mogą wprowadzić znaczące zmiany w komputerach kwantowych.

Oto kluczowe punkty badania:

• Naukowcy wykorzystali cienkie warstwy kwantowego izolatora anomalnego Halla.
• Użyta została nadprzewodząca elektroda z Niobu do indukowania chiralnych stanów Majorany.
• Zaobserwowano skrzyżowaną refleksję Andriejewa, co potwierdziło indukcję nadprzewodnictwa w stanie brzegowym.

Te eksperymenty pokazują, że materiały z wyjątkowymi właściwościami elektrycznymi na swoich krawędziach mogą stać się nadprzewodnikami. To odkrycie dostarcza nowej metody badania zaawansowanych stanów kwantowych, które są kluczowe dla tworzenia stabilniejszych i wydajniejszych komputerów kwantowych.

Anjana Uday, doktorantka w ostatnim roku studiów, wyjaśniła, że wprowadzili elektron na jednym końcu materiału izolującego. Na drugim końcu pojawił się jako dziura, czyli elektron o ładunku dodatnim. Proces ten, zwany skrośną refleksją Andriejewa, potwierdza, że nadprzewodnictwo zostało wywołane w stanach brzegowych topologicznych.

Zobacz również:

Dzisiaj · 16:08

Odkrywanie tajemnic mózgu dorosłej muszki owocowej

Gertjan Lippertz, pracownik naukowy po doktoracie, wyjaśnił, że wiele zespołów badawczych próbowało przeprowadzić ten eksperyment w ciągu ostatnich dziesięciu lat, ale bez powodzenia. Ich sukces był możliwy dzięki przeprowadzeniu osadzania cienkiej warstwy izolatora z kwantowym anomalnym efektem Halla, stworzeniu urządzenia i wykonaniu pomiarów w ultraniskich temperaturach w tym samym laboratorium.

Zespół badawczy współpracował z kolegami z KU Leuven, Uniwersytetu w Bazylei oraz Forschungszentrum Jülich. Profesor fizyki doświadczalnej, Yoichi Ando, podkreślił, że kluczowe dla tego ważnego odkrycia było współdziałanie i posiadanie odpowiednich zasobów.

Poznanie i zastosowanie topologicznej nadprzewodnictwo oraz chiralnych stanów krawędziowych Majorany może zrewolucjonizować obliczenia kwantowe. Dzięki nim możliwe jest stworzenie niezawodnych kubitów, które rzadziej tracą dane. Metoda zaproponowana w tym badaniu wskazuje na skuteczny sposób budowy silniejszych i bardziej skalowalnych komputerów kwantowych.

Kolejnym etapem jest przeprowadzenie eksperymentów, które bezpośrednio potwierdzą istnienie chiranych fermionów Majorany i pozwolą na zrozumienie ich unikalnych cech. To odkrycie otwiera wiele możliwości dla przyszłych badań.

Naukowcy z Uniwersytetu w Kolonii poczynili postępy w dziedzinie topologicznego obliczania kwantowego, co przybliża nas do stworzenia stabilnych i wydajnych komputerów kwantowych w przyszłości.