Genombrott i kvantmagneter med stabila excitationer kan driva framsteg inom kvantteknik.

StockholmForskare från Aalto universitetet och Fysikinstitutet CAS har utvecklat en ny typ av kvantmaterial som kan ha viktiga tillämpningar inom kvantteknologi. Genom att bygga detta material atom för atom har de visat en mer avancerad typ av kvantmagnet. Detta är ett viktigt steg mot att skapa kvantmaterial som är bättre skyddade mot dekoherens, ett stort problem inom kvantdatorer och kvantteknik.

Forskare placerade magnetiska titanatomer på en magnesiumoxidyta. De justerade noggrant interaktionerna mellan dessa atomer för att skapa en speciell sorts kvantmagnetism. Denna framgångsrika konstruktion föreslogs först i en teoretisk design av Jose Lado vid Aalto-universitetet och byggdes och testades sedan av Kai Yangs team med hjälp av precisa atommanipulationsmetoder.

De viktigaste egenskaperna hos den nya topologiska kvantmagneten är:

• Motståndskraft mot störningar, vilket gör den mycket stabil under olika förhållanden.
• Högre koherensnivåer jämfört med befintliga kvantmaterial, vilket är väsentligt för tillämpningar inom kvantdatorer.
• Möjligheter för fraktionella excitationer där elektroner beter sig som om de är delade i delar, vilket introducerar helt nya fysiska fenomen.

Kvantmagneter kan uppvisa kvanttillstånd i stor skala. Nyligen utvecklade forskare en ny typ av kvantmagnet som använder topologiska excitationer och bibehåller koherensen bättre. Detta kan leda till mer pålitliga och felresistenta qubitar, som är mindre känsliga för decoherens.

Läs också:

Idag · 14:37

Banbrytande behandling av epilepsi: förenar genetik med hjärnkartläggning för personliga vårdstrategier

Forskningen inriktade sig på att använda ett sveptunnelmikroskop för att noggrant kontrollera och studera enskilda atomer och qubiter. Denna metod erbjuder en hög grad av kontroll, som är nödvändig för att utveckla nya kvantmaterial. Forskarna visade att topologiska kvantexcitationer förblev sammanhängande och motståndskraftiga mot yttre störningar, i enlighet med teoretiska förutsägelser.

Denna utveckling öppnar inte bara nya vägar inom grundläggande kvantfysik, utan kan också få stor betydelse för framtida kvantteknologier. Till exempel kan den leda till mer stabila och tillförlitliga kvantdatorer som överträffar de nuvarande. Dessutom kan förmågan att skapa material med speciella kvantegenskaper ge upphov till innovationer inom kvantkommunikation, sensorer och kryptografi.

Denna forskning betonar hur topologiska kvantmaterial kan bidra till att lösa problem inom nuvarande kvantteknologier. Genom att utnyttja de unika egenskaperna hos topologiska kvantmagneter närmar sig forskarna skapandet av avancerade kvantenheter med nya och imponerande funktioner.