Lupaavaa materiaalia kvanttilaskennalle

Yhdessä alumiini suprajohde, europiumsulfidi ferromagneetti ja indiumarsenidi puolijohde mahdollistavat haluttujen Majorana-nollamoodien olemassaolon, jolloin kvanttilanka-laite voi olla kiinteä osa topologista kvanttitietokonetta.

Kööpenhaminan yliopiston ja Microsoft Quantum Materials Labin tutkijat ovat yhteisvoimin onnistuneet toteuttamaan tärkeän ja lupaavan materiaalin käytettäväksi tulevassa kvanttitietokoneessa. Tätä tarkoitusta varten tutkijoiden on luotava materiaaleja, jotka säilyttävät herkän kvantti-informaation ja suojaavat sitä dekoherenssilta.

Niin sanotut topologiset tilat näyttävät pitävän tällaisen lupauksen mutta yksi haasteista on ollut, että niissä täytyy käyttää apuna suurta magneettikenttää. Uuden materiaalin myötä on mahdollista toteuttaa topologiset tilat ilman magneettikenttää. Kiinteiden aineiden järjestelmien topologiset tilat ovat viime vuosikymmenen aikoina herättäneet huomattavaa aktiivisuutta. Niin sanotuissa Majorana-nollamoodeissa on luonnollinen vikasietoisuus, mikä tekee topologisista tiloista ihanteellisen sopivia kvanttilaskennalle.

Mutta topologisten Majorana-nollamoodien toteuttamisen edistymistä on haitannut suurten magneettikenttien vaatimus topologisen vaiheen indusoimiseksi.

Uudet tulokset kertovat topologisen suprajohtavuuden keskeisestä ilmiöistä mutta nyt ilman sovellettua magneettikenttää. Ohut kerros europiumsulfidi (EuS) materiaalia jonka sisäinen magneetti kohdistuu luonnollisesti nanojohdon akselin kanssa ja indusoi suprajohteiden ja puolijohteiden komponenttien tehokkaan magneettikentän, mikä riittää indusoimaan topologisen suprajohtavan vaiheen. Indusoitunut magneettikenttä on yli kymmenentuhatta kertaa maapallon magneettikenttää voimakkaampi.

Professori Charles Marcus selittää edistymisen tällä tavalla: ”Kolmen komponentin yhdistäminen yhdeksi kiteeksi - puolijohde, suprajohde, ferromagneettinen eriste - kolminkertainen hybridi - on uusi.

On hieno uutinen, että se muodostaa topologisen suprajohtimen alhaisessa lämpötilassa. Tämä antaa meille uuden polun tehdä komponentteja topologiseen kvanttilaskentaan ja antaa fyysikoille uuden fyysisen järjestelmän tutkittavaksi.

Toistaiseksi tutkijat ovat työskennelleet fysiikan parissa ja nyt he ovat aloittamassa todellisen laitteen suunnittelua.

Ultravahva valo-aine -kytkentä huoneenlämmössä

Ruotsalaisen Chalmersin fyysikot ovat puolestaan yhdessä venäläisten ja puolalaisten kollegoiden kanssa ovat onnistuneet saavuttamaan ultravahvan kytkennän valon ja aineen välillä huoneenlämmössä.

Vuorovaikutus toteutuu pienessä järjestelmässä, joka koostuu kahdesta kultapeilistä, jotka on erotettu toisistaan muutamalla sadalla nanometrillä ja plasmonisilla kultaisilla nanotangoilla.

Sata kertaa pienemmällä pinnalla kuin hiuksen pää, tutkijat ovat osoittaneet, että valon ja aineen välillä on mahdollista luoda hallittava ultravahva vuorovaikutus ympäristön olosuhteissa - toisin sanoen huoneenlämmössä ja ilmanpaineessa.

Löydöllä on merkitystä lähinnä perustutkimukselle ja se voi tasoittaa tietä edistykselle esimerkiksi valonlähteiden, nanokoneistuksen ja kvanttiteknologian aloilla.

Aiheista aiemmin:

Salaperäisiä Majorana-fermioneja kultasaarilla

Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan