Tie kohti kvanttitransistoreita

University of Michiganin fyysikot ovat vuosien mittaan löytäneet tai vahvistaneet useita ominaisuuksia samarium hexaboridi yhdisteestä, mikä nostaa toiveita löytää ”pii” kvanttiaikakaudelle.

Nyt tutkijat ovat tuottaneet ensimmäisen suoran todisteen siitä, että samarium-boridi, (SmB₆), on topologinen eriste. Topologiset eristeet johtavat metallimaisesti sähköä pinnaltaan mutta ovat sisäosiltaan eristeitä.

Erityisen mielenkiintoista oli, että sen pinnalla esiintyy harvinaisia ​​Dirac-elektroneja. Ne ovat hiukkasia, joilla on potentiaalia auttaa ratkaisemaan kvanttilaskennan suurimpia esteitä.

Jo vuonna 2012 osittain sama tutkijaryhmä löysi Dirac-elektroneita kylmissä tiloissa suprajohteisesti toimivasta kuparilla seostetusta vismutti lyijyselenidistä.

Nyt tehty löytö on ensimmäinen, jossa Dirac-elektroneja löytyi vahvasti korreloivassa materiaalissa. "Ajattelimme vahvan korrelaation vahingoittavan niitä, mutta nyt me tiedämme, että näin ei ole", toteaa apulaisprofessori Lu Li.

Uusinkin ilmiö havaittiin vain erittäin kylmissä lämpötiloissa, joten tutkijat eivät usko, että tämä olisi oikea materiaali mutta nyt he uskovat voivansa etsiä muita vaihtoehtoja.

Kvanttitietokoneiden käyttämä kubitti voi olla binäärikoodauksen ykkönen ja nolla samaan aikaan mutta sen mittaus häiritsee valitsemaan vain yhden tilan mikä eliminoi menetelmän tärkeimmän edun.

Dirac-elektronit ovat niin korkeaenergisiä partikkeleita, että ne ulottuvat klassisen ja kvanttifysiikan maailmoihin. Täten niitä sisältävät materiaalit voisivat paakkuuntua uudenlaiseksi kubitiksi, joka voitaisiin mitata epäsuorasti. Näin kubitti ei tunnistaisi mittausta ja se voisi pysyä edelleen molemmissa tiloissa.

Vaikka nämä sovellukset ovat kiehtovia, eniten tutkijoita innostivat esiin tulleet tieteelliset perusasiat. Science-lehdessä julkaistu tutkimuspaperi on otsikoltaan Two-dimensional Fermi surfaces in Kondo Insulator SmB₆.