Nano-hashtags kunne give et klart bevis for Majorana-partikler

I Natur i dag et internationalt team af forskere fra Eindhoven University of Technology, Delft University of Technology og University of California - Santa Barbara præsenterer en avanceret kvantechip, der vil være i stand til at give et endeligt bevis på de mystiske Majorana-partikler. Disse partikler, første gang demonstreret i 2012, er deres egen antipartikel på én og samme tid. Chippen, som omfatter ultratynde netværk af nanotråde i form af 'hashtags', har alle kvaliteter til at tillade Majorana-partikler at bytte plads. Denne funktion betragtes som den rygende pistol til at bevise deres eksistens og er et afgørende skridt hen imod deres brug som byggesten til fremtidige kvantecomputere.

I 2012 var det store nyheder:forskere fra Delft University of Technology og Eindhoven University of Technology præsenterede de første eksperimentelle signaturer for eksistensen af ​​Majorana fermion. Denne partikel var blevet forudsagt i 1937 af den italienske fysiker Ettore Majorana og har den karakteristiske egenskab, at den også er sin egen anti-partikel. Majorana-partiklerne kommer frem i enderne af en halvledertråd, ved kontakt med et superledermateriale.

Rygende pistol

Mens de opdagede partikler kan have egenskaber, der er typiske for Majoranas, det mest spændende bevis kunne opnås ved at lade to Majorana-partikler bytte plads, eller 'fletning', som det er videnskabeligt kendt. "Det er den rygende pistol, " foreslår Erik Bakkers, en af ​​forskerne fra Eindhoven University of Technology. "Den adfærd, vi så ser, kunne være det mest afgørende bevis endnu for Majoranas."

Korsvej

I den Natur papir, der udkommer i dag, Bakkers og hans kolleger præsenterer et nyt apparat, der skulle kunne vise denne udveksling af Majoranas. I det oprindelige eksperiment i 2012 blev to Majorana-partikler fundet i en enkelt ledning, men de var ikke i stand til at passere hinanden uden straks at ødelægge den anden. Derfor skulle forskerne bogstaveligt talt skabe rum. I det præsenterede eksperiment dannede de skæringspunkter ved hjælp af de samme slags nanotråde, så fire af disse skæringspunkter danner et 'hashtag', #, og dermed skabe et lukket kredsløb, langs hvilket Majoranas er i stand til at bevæge sig.

Æts og gro

Forskerne byggede deres hashtag-enhed fra bunden. Nanotrådene dyrkes fra et specielt ætset substrat, så de danner præcis det ønskede netværk, som de derefter udsætter for en strøm af aluminiumspartikler, skabe lag af aluminium, en superleder, på bestemte steder på ledningerne - de kontakter, hvor Majorana-partiklerne kommer frem. Steder, der ligger 'i skyggen' af andre ledninger, forbliver afdækkede.

Spring i kvalitet

Hele processen foregår i et vakuum og ved ultrakold temperatur (omkring -273 grader Celsius). "Dette sikrer meget rent, rene kontakter, siger Bakkers, "og gør det muligt for os at tage et betydeligt spring i kvaliteten af ​​denne slags kvanteanordninger." Målingerne viser for en række elektroniske og magnetiske egenskaber, at alle ingredienserne er til stede for Majoranas at flette.

Kvantecomputere

Hvis det lykkes for forskerne at få Majorana-partiklerne til at flette, de vil straks have slået to fluer med et smæk. På grund af deres robusthed, Majoranas betragtes som den ideelle byggesten til fremtidige kvantecomputere, der vil være i stand til at udføre mange beregninger samtidigt og dermed mange gange hurtigere end nuværende computere. Fletningen af ​​to Majorana-partikler kunne danne grundlag for en qubit, beregningsenheden for disse computere.

Rejse verden rundt

En interessant detalje er, at prøverne har rejst rundt i verden under fremstillingen, kombinere unikke og synergetiske aktiviteter for hver forskningsinstitution. Det startede i Delft med at mønstre og ætse underlaget, derefter til Eindhoven for vækst af nanotråd og til Santa Barbara for dannelse af aluminiumskontakt. Endelig tilbage til Delft via Eindhoven for målingerne.