Salaperäisiä Majorana-fermioneja kultasaarilla

Fyysikot MIT:n johdolla ovat havainneet todisteita Majorana fermionin hiukkasista tavallisen metallin; kullan pinnalla.

Tämä on Majorana-fermionien ensimmäinen havaitseminen alustalla, jota voidaan mahdollisesti skaalata ylöspäin.

Tulokset ovat tärkeä askel kohti hiukkasten eristämistä vakaaksi ja virheettömiksi kubiteiksi kvanttilaskentaa varten.

Tutkijat ovat jo pitkään etsineet arvoituksellista Majorana hiukkasta ja nyt MIT:n vetämä ryhmä on havainnut todisteita Majorana-fermioneista heidän suunnittelemassaan ja valmistamassa materiaalijärjestelmässä. Se koostuu kullan nanolangoista, jotka on kasvatettu suprajohtavan materiaalin, vanadiinin päällä ja varustettu pienillä, ferromagneettisilla “saarilla” europium-sulfidia.

Kun tutkijat skannasivat saarten lähellä olevaa pintaa, he näkivät merkkejä signaalipiikeistä lähellä nollaenergiaa kullan ylimmällä pinnalla, joka teorian mukaan tulisi syntyä vain parista Majorana-fermioneita.

"Majorana-ferminonit ovat näitä eksoottisia asioita, joita on jo pitkään ollut unelma nähdä ja näemme ne nyt hyvin yksinkertaisessa materiaalissa - kullassa", sanoo Jagadeesh Moodera, MIT:n fysiikan laitoksen vanhempi tutkija. "Olemme osoittaneet, että ne ovat siellä, vakaina ja helposti skaalautuvina."

"Seuraava askel on ottaa nämä objektit hallintaan ja tehdä niistä kubitteja, mikä olisi valtava edistysaskel kohti käytännöllistä kvanttilaskentaa", lisää MIT:n fysiikan professori Patrick Lee.

Jos ne voitaisiin valjastaa käyttöön, Majorana-fermionit olisivat ihanteellisia kubitteina tai erillisinä laskentayksikköinä kvanttitietokoneisiin. Ajatuksena on, että kubitit tehdään Majorana-fermionien parien yhdistelmistä, joista kukin erotetaan kumppanistaan. Jos kohinavirheet vaikuttavat parin yhteen jäseneen, toisen tulisi pysyä muuttumattomana, mikä säilyttäisi kubitin eheyden ja mahdollistaisi sen suorittaa laskenta oikein.

"On olemassa useita materiaalialustoja, joissa ihmiset uskovat nähneensä Majorana-hiukkasia. Todisteet ovat vahvoja mutta niitä ei silti ole täysin todistettu. Puheissani haluan kommentoida, että löydämme Majoranan kultameren saarelta", Patrick Lee sanoo.

Moodera tarkentaa, että ryhmän materiaalikokoonpano, joka vaatii vain kolme kerrosta - ferromagneettien ja suprajohteiden väliin sijoitettua kultaa - on "helposti saavutettava, vakaa järjestelmä", jonka pitäisi myös olla taloudellisesti skaalautuva verrattuna tavanomaisiin puolijohdepohjaisiin lähestymistapoihin kubittien tuottamiseksi.

"Majorana-fermionien parin näkeminen on tärkeä askel kohti kubitin muodostamista", toteaa California Riversiden tohtoritutkija Peng Wei. "Seuraava askel on tehdä kubitti näistä hiukkasista ja meillä on nyt ideoita tämän toteuttamiseksi."

Aiheesta aiemmin:

Edistysaskeleita kvanttitietotekniikalle

Katsaus kvanttilaskennan tekniikoihin