Hajonneista elektroneista kohti toimivia kubitteja

MIT:n fyysikot ovat osoittaneet, että pitäisi olla mahdollista luoda eksoottinen aineen muoto, jota voitaisiin manipuloida tulevaisuuden kvanttitietokoneiden kubitin (kvanttibitin) rakennuspalikoiden muodostamiseksi, jotka ovat jopa tehokkaampia kuin nykyään kehitetyt kvanttitietokoneet.

Työ perustuu viime vuonna tehtyyn löytöön materiaaleista, jotka isännöivät elektroneja, jotka voivat hajota osiin itsestään, mutta mikä tärkeintä, voivat tehdä sen ilman magneettikentän käyttöä.

Yleinen elektronien fraktiointi-ilmiö löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1982 ja se johti Nobel-palkintoon. Tällöin työ vaati kuitenkin magneettikentän käyttöä.

Kyky luoda fraktioituja elektroneja ilman magneettikenttää avaa uusia mahdollisuuksia perustutkimukselle ja tekee niitä sisältävistä materiaaleista käyttökelpoisempia sovelluksiin.

Kun elektronit hajoavat itsensä osiin, niitä kutsutaan anyoneiksi. Vuoden 2023 materiaaleista löydetyt anyonit tunnetaan nimellä Abelin anyonit.

Nyt Physical Review Lettersin 17. lokakuuta ilmestyneessä artikkelissa MIT-tiimi huomauttaa, että pitäisi olla mahdollista luoda eksoottisin anyonien luokka, ei-Abelin anyonit.

"Ei-abelilaisilla anyoneilla on hämmentävä kyky "muistaa" aika-avaruudellinen lentoratansa; tämä muistiefekti voi olla hyödyllinen kvanttilaskentaan", sanoo Liang Fu, professori MIT:n fysiikan laitokselta ja työn johtaja.

Fu huomauttaa lisäksi, että "vuoden 2023 elektronien fraktiointikokeet ylittivät suuresti teoreettiset odotukset. Minun huomioni on, että meidän teoreetikkojen pitäisi olla rohkeampia."

MIT:n työ ja kaksi siihen liittyvää tutkimusta esiteltiin myös Physics Magazinen 17. lokakuuta julkaistussa jutussa. "Jos tämä ennuste vahvistetaan kokeellisesti, se voi johtaa luotettavampiin kvanttitietokoneisiin, jotka pystyvät suorittamaan laajempia tehtäviä... Teoreetikot ovat jo kehittäneet tapoja valjastaa ei-Abelin tilat toimiviksi kubiteiksi ja manipuloida näiden tilojen viritteitä kvanttilaskennan mahdollistamiseksi”, Ryan Wilkinson kirjoittaa.

Tämänkertaisessa työssä fyysikot osoittivat, että pitäisi olla mahdollista luoda ei-abelilaisia anyoneja moiré-materiaaliin, joka koostuu atominohuista molybdeeniditelluuridikerroksista. Jatko-opiskelija Nisarga Paul sanoo: "Moire-materiaalit ovat jo paljastaneet kiehtovia faaseja vaiheita viime vuosina, ja työmme osoittaa, että ei-abelilaiset faasit voitaisiin lisätä luetteloon."

Aiheesta aiemmin:

Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin

Kohti vikasietoisia kubitteja

Kohti topologista kvanttilaskentaa