Topologinen kvanttilaskenta askeleen lähemmäksi todellisuutta

Kölnin yliopiston fyysikot ovat paljastaneet keskeisen suprajohtavan vaikutuksen topologisissa eristeen nanolangoissa. Heidän löytönsä tuovat topologiset eristeet lähemmäksi perustan vakaalle, seuraavan sukupolven kvanttibiteille.

Tutkimus syventää ymmärrystämme suprajohtavista vaikutuksista näissä materiaaleissa, mikä on välttämätöntä, jotta voidaan toteuttaa kestäviä kvanttibittejä (qubits) perustuen Majoranan nollamoodiin TI-materiaaleissa.

Kvanttilaskenta lupaa mullistaa tiedonkäsittelyn, mutta nykyiset kubittitekniikat kamppailevat vakauden ylläpitämisen ja virheiden korjaamisen kanssa. Yksi lupaavimmista lähestymistavoista näiden rajoitusten voittamiseksi on topologisten suprajohteiden käyttö, jotka voivat isännöidä Majoranan nollamoodien kvanttitiloja.

Näiden eksoottisten tilojen on teoriassa ennustettu muodostavan luonnostaan ​​vakaan perustan kvanttilaskennalle, joka on immuuni monille yleisille virhelähteille. Näiden tilojen kokeellinen havainto on kuitenkin edelleen kiistanalainen monista optimistisista väitteistä huolimatta.

Tässä uusimmassa tutkimuksessa Junya Feng, tutkijatohtori Kölnin Topological Matter Laboratorysta (TMLC), jota johtaa professori tohtori Yoichi Ando, tutki topologista eristemateriaalia (TI), joiden ennustetaan tukevan topologista suprajohtavuutta helpommin kuin muut materiaalit, kun ne yhdistetään tavanomaiseen suprajohteeseen.

Ryhmä havaitsi onnistuneesti Crossed Andreev Reflection (CAR) -ilmiön, harvinaisen kvanttiefektin, jossa nanolangan yhteen liittimeen injektoitu elektroni "pariutuu" toisen etäisen elektronin kanssa muodostaen suprajohtavan Cooper-parin. Tämä ei-paikallinen vaikutus on keskeinen tunnusmerkki pitkän kantaman suprajohtaville korrelaatioille, jotka ovat edellytys Majorana-pohjaisille kubiteille.

"Tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa tutkitaan, kuinka Andreevin fysiikka toimii topologisissa eristenanolangoissa, kun ne on kytketty suprajohteisiin. Tämän ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää Majoranan nollamoodien vahvalle luomiselle TI-alustalla", sanoi professori Ando.

”Tämän läpimurron mahdollisti Junyan innovatiivinen valmistustapa: korkealaatuisten nanolankojen syövyttäminen kuorituista topologisista eristehiutaleista. Tämä menetelmä tuotti paljon puhtaampia rakenteita kuin aiemmat tekniikat, mikä tekee niistä ihanteellisia kvanttikokeisiin.

Tämän edistyksen ansiosta teemme nyt kokeita, jotka aiemmin olivat mahdollisia vain tavanomaisilla puolijohde-nanolangoilla. Olemme myös päättäneet keskittyä kokonaan tähän uuteen valmistusmenetelmään, koska se on johtanut sarjaan jännittäviä tuloksia."

Kyky luotettavasti indusoida ja hallita suprajohtavia korrelaatioita TI-nanolangoissa on ratkaiseva askel kohti Majorana-pohjaisten kubittien suunnittelua TI-alustalla. Seuraavat vaiheet keskittyvät Majoranan nollamoodien suoraan tarkkailuun ja ohjaamiseen näissä järjestelmissä – olennainen virstanpylväs kohti vikasietoista kvanttilaskentaa.

Aiheesta aiemmin:

Microsoftilta Majorana ykkönen

Topologinen kvanttiprosessori tuo läpimurron tietojenkäsittelyyn

Kvantti-interferenssillä kohti topologia kvanttitietokoneita