Näkymiä kvanttimaailmaan

Fyysikoiden kokeilut Baselin yliopiston fysiikan laitoksella ovat vahvistaneet teorian että Majorana-fermioneja voidaan generoida ja mitata suprajohteisesta johdelangasta.

Tutkijat onnistuivat myös Majoranojen aalto-ominaisuuksia tarkkailemalla tekemään Majoranan sisätilat näkyviksi ensimmäistä kertaa.

Majoranat on kuvattu teoriassa hyvin mutta kokeellinen näyttö on ollut vaikeaa, koska niiden täytyy esiintyä pareittain, jolloin ne ovat yleensä sitoutuneet yhteen normaaliksi elektroniksi.

Teoreetikkojen avulla tutkijat kehittelivät rauta-atomeista topologisen suprajohteen. Siitä löydettiin selviä merkkejä yksittäisen Majorana-fermionien olemassaolosta lankojen päissä ja tietyillä johteen pituuksilla.

Huolimatta niiden välisestä etäisyydestä, kaksi Majoranaa ovat edelleen toisiinsa kytkeytyneinä. Ne muodostavat yhdessä uuden tilan laajentuneena koko lankaan, joka voi olla ("1") tai ei ("0") elektronin miehittämä.

Tämä binääriominaisuus voi sitten toimia kvanttibitin perustana ja merkitsee, että majoranat, jotka ovat myös erittäin vankkoja useita ympäristön vaikutuksia vastaan, ovat lupaavia ehdokkaita luoda tulevaisuuden kvanttitietokone.

Syvälle klassisen ja kvanttimaailmojen välille mentiin myös Johns Hopkins -yliopiston johtamassa tutkimuksessa. Topologisia eristeitä tutkimalla he löysivät tietynlaista materiaalia tai ainesta, joka on hajautunut näihin kahteen järjestelmään.

Topologiset eristeet osoittavat kvanttiominaisuuksia, jotka yleensä näkyvät vain mikroskooppisella tasolla, mutta näissä materiaalissa ne ovat nähtävissä paljaalla silmällä.

Kokeissa tutkittiin vismutista ja seleenistä valmistettuja näytteitä suuntaamalla niihin "THz" valonsäteitä. Tutkijat mittasivat heijastunutta valoa, kun se liikkui näytteiden läpi ja löysivät aineen kvanttiolotilan sormenjäljet.

Tulokset lisäävät tutkijoiden käsitystä topologisista eristeistä, mutta voivat myös edistää modernin fysiikan etsintää siitä miten klassinen mekaniikka tulee esiin kvanttimekaniikasta ja missä on se kynnys, joka jakaa nämä ulottuvuudet?

Aiheeesta aiemmin:

Kubitin ympäristö hallintaan