Löytöjä topologiselle kvanttitietokoneelle

Rice Universityn vetämän kansainvälisen tutkijaryhmän tekemissä kokeissa havaittiin aiemmin tuntemattoman aineen tila eli topologinen eksitoninen eriste.

Tutkijoiden löytämää rakennetta voitaisiin käyttää topologisessa kvanttitietokoneessa. Sellaisessa informaatio tallennetaan kvanttihiukkasissa, jotka on "punottu" yhteen, tavalla jota ei helposti murreta. Nämä vakaat ja punotut topologiset kubitit voisivat välttää dekoherenssia, jossa kubitit menettävät niihin tallennetun informaatiota.

Ricen, Pekingin yliopiston ja Kiinan tiedeakatemian tutkijat loivat eksitonisia eristeitä, kooten niitä pinottavista puolijohteista. Kun rakenne jäähdytetään noin 10 kelvinin lämpötilaan, sen sisällä muodostuu superfluidinen kvanttiliuos josta sähkö ei pääse läpi.

Kuitenkaan sen reunatilalla ei ole sähköistä resistanssia joten siitä saa johteen, jossa elektronit ovat sidoksissa niiden spin-momenttiin. Jos niillä on yhden tyypin spin, ne menevät myötäpäivään ja jos niillä on toinen, ne menevät vastapäivään."

Näihin vastakkaisiin elektronivirtoihin rakennetuilla palmikointipiireillä olisi luontaiset topologiset ilmiöt, joita voitaisiin käyttää vikasietoisten kubittien muodostamiseen.

Tutkijoiden mukaan samoja periaatteita saattaisi voida soveltaa myös huoneenlämmössä riittävän puhtailla materiaaleilla.

UC Santa Barbaran tiedemiehet ovat puolestaan kuvanneet menetelmän, jolla "hashtagin" -muotoiset nanolankarakenteet voitaneen saada tuottamaan Majorana kvasipartikkeleita.

Ne ovat eksoottisia tiloja, joita jos niitä saadaan aikaiseksi, voidaan käyttää koodaamaan tietoja, joilla on hyvin pieni riski dekoherenssille.

Majoranoja, joilla on luonnollinen immuniteetti virheille, voitaisiin käyttää ideaalisen kubitin toteuttamiseen topologiselle tietokoneelle ja tutkijoiden mukaan se voisi johtaa käytännöllisempään kvanttitietokoneeseen, koska sen vikasietomenettely vaatii vähemmän kubitteja virheenkorjausta varten.

Kuvan "topologiset eksitoniset eristeet" on valmistettu puolijohdelevyistä, jotka muodostuvat eristeiksi kriittisessä noin 10 kelvinin lämpötilassa. Kriittisessä pisteessä - eksitonien superfluidinen kvantti-neste - negatiivisesti varautuneiden elektronien (siniset pisteet) ja positiivisesti varautuneiden elektroniaukkojen (punaiset pisteet) parit - muodostuvat rakenteen sisällä (alakuva) ja sähköä lakkaa kulkemasta niiden läpi.