Epätavallinen suprajohde kvanttilaskennan alustaksi?

Marylandin yliopiston Quantum Materials Centerin tutkijoiden kasvattamia lupaavan topologisen suprajohteen kiteitä.

Marylandin yliopiston (UMD) kvanttimateriaalikeskuksen (QMC) tutkijat ja kollegat ovat parissa tutkimuspaperissa osoittaneet, että uraaniditelluridi (UTe2) osoittaa monia topologisen suprajohteen tunnusmerkkejä - materiaali, joka voi avata uusia tapoja rakentaa kvanttitietokoneita ja muita futuristisia laitteita.

Suprajohteet saavuttavat superjohtavuutensa eri tavoin. 2000-luvun alkupuolelta lähtien tiedemiehet ovat etsineet erityisiä suprajohteita, kuten topologisia suprajohteita ja uudet artikkelit osoittavat, että UTe2 näyttäisi olevan oikeanlainen topologinen suprajohde.

Yhdessä tutkimustyössä, jonka Marylandin Johnpierre Paglionen tiimi teki yhteistyössä Stanfordin yliopiston Aharon Kapitulnikin tiimin kanssa paljastaa, että UTe2:ssa ei ole vain yhtä vaan kahta erilaista suprajohtavuutta samanaikaisesti ja teoreetikot uskovat niiden olevan topologisia.

Toisessa tutkimuksessa UMD:n fysiikan professorin Steven Anlagen johtama ryhmä paljasti epätavallisen käyttäytymisen saman materiaalin pinnalla. Heidän havainnot ovat sopusoinnussa kaikkein kaivatuimman eli topologisesti suojattujen Majorana-tilojen ilmiön kanssa.

Majorana-tilojen, eksoottisten hiukkasten, jotka käyttäytyvät vähän kuin puolet elektronista, ennustetaan syntyvän topologisten suprajohteiden pinnalla. Nämä hiukkaset innostavat tutkijoita, koska ne voivat olla perusta vankoille kvanttitietokoneille.

Jos materiaalin suprajohtavuus on topologista, resistanssi menee edelleen nollaan suuressa osassa materiaalia, mutta pinnalla tapahtuu jotain ainutlaatuista: Hiukkaset, jotka tunnetaan Majorana-moodeina, ilmestyvät ja muodostavat nesteen, joka ei ole suprajohde. Nämä hiukkaset jäävät myös pintaan huolimatta materiaalivirheistä tai pienistä ympäristöhäiriöistä.

Tutkijat ovat ehdottaneet, että näiden hiukkasten ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta ne voivat olla hyvä perusta kvanttitietokoneille. Koodaamalla kvantti-informaatiota useisiin kaukana toisistaan oleviin Majoranoihin, informaatio on käytännössä immuuni paikallisille häiriöille, jotka toistaiseksi ovat olleet kvanttitietokoneiden suurimpia haittoja.

Vaikka UTe2:n pinnalla olisi todella joukko Majorana-moodeja, tällä hetkellä ei ole suoraviivaisia tapoja eristää ja manipuloida niitä.

Josko UTe2 osoittautuu kauan odotetuksi topologiseksi suprajohteeksi sekä Paglione että Anlage ovat innostuneita saadakseen tietää mitä tällä materiaalilla on varastossa.

"On kuitenkin melko selvää, että materiaalissa on paljon hienoa fysiikkaa", Anlage sanoo. "Olipa Majoranoja pinnalla tai ei, aiheella on varmasti merkitystä ja siinä tutkitaan uutta fysiikkaa, mikä on mielenkiintoisinta."

Aiheesta aiemmin:

Kohti topologisia kubitteja

Topologisia ulottuvuuksia kvanttitietotekniikalle

Suprajohtavuutta ja topologiaa