Ny studie: ett steg mot topologisk kvantdator med superledning endast i kanterna

StockholmForskare vid universitetet i Köln har gjort betydande framsteg inom kvantmaterial. Detta kan leda till förbättringar i topologisk supraledning och tillförlitlig kvantdatoranvändning. Deras resultat har publicerats i tidskriften Nature Physics.

Supraledning möjliggör att elektricitet kan flöda utan någon resistans i vissa material. Den kvant-anomala Hall-effekten orsakar också noll resistans, men endast vid materialets kanter. När dessa två effekter kombineras kan de skapa speciella partiklar kallade Majorana-fermioner. Dessa partiklar skulle kunna leda till stora förändringar inom kvantdatorer.

Här är några viktiga punkter från studien:

• Forskarna använde tunna filmer av en kvant-anomal Hall-isolator.
• En supraledande niobiumelektrod användes för att inducera chirala Majorana-tillstånd.
• Korsad Andreev-reflektion observerades, vilket bekräftar den inducerade supraledningen i kanttillståndet.

Dessa experiment visar att material med speciella elektriska egenskaper vid sina kanter kan bli supraledare. Denna upptäckt erbjuder en ny metod för att studera avancerade kvanttillstånd, som är viktiga för att göra kvantdatorer mer stabila och effektiva.

Anjana Uday, en doktorand i sitt sista år, förklarade att de placerade en elektron i ena änden av isolatormaterialet. Vid den andra änden kom den ut som ett hål, vilket är en elektron med positiv laddning. Denna process, kallad korsad Andreev-reflektion, bevisar att supraledning har inducerats i den topologiska kanttillståndet.

Läs också:

Idag · 16:08

En ny era: vuxna bananflugans hjärna kartlagd

Gertjan Lippertz, en postdoktoral forskare, förklarade att många forskarteam har försökt genomföra detta experiment under det senaste decenniet utan att lyckas. Deras framgång berodde på att de utförde filmdepositionen av den kvant-anomala Hall-isolatorn, skapade apparaten och utförde ultralågtemperaturmätningar, allt inom samma laboratorium.

Forskargruppen samarbetade med kollegor vid KU Leuven, Universitetet i Basel och Forschungszentrum Jülich. Yoichi Ando, professor i experimentell fysik, betonade att gemensamt arbete och tillgång till rätt resurser var avgörande för denna viktiga upptäckt.

Att lära sig om och tillämpa topologisk supraledning och chirala Majorana-randtillstånd kan förändra kvantdatorer. Dessa kan erbjuda tillförlitliga qubits som har mindre risk att förlora data. Denna studies metodik föreslår ett bra sätt att skapa starkare och mer skalbara kvantdatorer.

Nästa steg är att genomföra experiment för att direkt bekräfta de chirala Majoranafermionerna och förstå deras unika egenskaper. Denna upptäckt öppnar många möjligheter för framtida forskning.

Forskare vid Universitetet i Köln har gjort framsteg inom topologisk kvantdatorutveckling, vilket för oss närmare att i framtiden skapa stabila och effektiva kvantdatorer.