Topologinen suprajohtavuus ilman suprajohteita

Tutkijat ehdottavat tapaa keventää materiaalivaatimuksia, joita tarvitaan topologisten kvanttitietokoneiden toteuttamiseen.

Topologisiksi kvanttitietokoneet hyödyntäisivät kvasihiukkasia – Majoranan fermioneja – joiden ennustetaan olevan vastustuskykyisiä tutkijoille päänsärkyä aiheuttavalle kohinalle.

Kristian Mæland ja Asle Sudbø Norjan tiede- ja teknologiayliopistosta Trondheimista ehdottavat tapaa tuottaa Majorana-fermioneja ilman suprajohtavia materiaaleja, joita aiemmin ajateltiin tarvittavan tällaisten fermionien tuottamiseksi.

Materiaalivalikoimaa laajentaen lähestymistapa voisi tuoda topologiset kvanttitietokoneet askeleen lähemmäksi toteutumista.

Majorana-fermionit ovat tunnusmerkkejä eksoottisesta tilasta, jota kutsutaan topologiseksi suprajohteeksi. Tähän mennessä useimmat ehdotukset tällaisen tilan muodostamiseksi sisältävät rakenteita, joissa on yhdistetty suprajohde ja materiaali, jossa magneettikentän alla materiaalien väliseen rajapintaan muodostuisi topologinen suprajohde.

Mælandin ja Sudbøn ehdottamassa mallissa yhden atomin paksuinen kerros magneettista materiaalia on kerrostettu normaalin metallin ja raskasmetallin väliin vahvalla spin-kiertorata kytkennällä. Tämä kytkentä saa magneettisen kerroksen omaksumaan "skyrmionikiteen" konfiguraation, jossa skyrmionit - kierteet spin-tekstuurissa - ovat järjestyneet hilaksi.

Elektronien sirotessa tämän skyrmionkiteen spinvaihtelut tuottavat normaalissa metallissa elektroni-elektroni-vuorovaikutuksen, joka luo topologisen suprajohtavan tilan sen rajapintaan. Tutkimuksen nimi onkin: Skymionisten magnonien välittämä topologinen suprajohtavuus.

Suprajohteiden tarpeen poistamisen lisäksi suunnitelmalla olisi toinen etu muihin ehdotettuihin järjestelmiin verrattuna, sanovat tutkijat.

Ohjaamalla skyrmioneja laite voisi myös manipuloida Majorana-fermioneja, jotka sijaitsevat skyrmionien keskuksissa ja toteuttaa siten loogisia toimintoja.

Aiheesta aiemmin:

Epätavallinen suprajohde kvanttilaskennan alustaksi?

Majoranan metsästystä