Ukonventionel superleder kan bruges til at skabe fremtidens kvantecomputere

Med deres ufølsomhed over for dekoherens, Majorana -partikler kan blive stabile byggesten i kvantecomputere. Problemet er, at de kun forekommer under helt særlige omstændigheder. Nu, forskere ved Chalmers University of Technology er lykkedes med at fremstille en komponent, der er i stand til at være vært for de efterspurgte partikler.

Forskere over hele verden kæmper med at bygge kvantecomputere. En af de store udfordringer er at overvinde følsomheden af ​​kvantesystemer for dekoherens, superpositioners sammenbrud. Et spor inden for kvantecomputerforskning er derfor at gøre brug af Majorana -partikler, som også kaldes Majorana fermioner. Microsoft, blandt andre organisationer, udforsker denne type kvantecomputer.

Majorana fermioner er meget originale partikler, ganske ulig dem, der udgør materialerne omkring os. I meget forenklede vendinger, de kan ses som halvelektron. I en kvantecomputer, tanken er at kode information i et par Majorana fermioner adskilt i materialet, som skulle, i princippet, gøre beregningerne immune over for dekoherens.

Så hvor finder du Majorana fermioner? I materialer i fast tilstand, de ser kun ud til at forekomme i såkaldte topologiske superledere. Men et forskerhold ved Chalmers University of Technology er nu blandt de første i verden til at rapportere, at de rent faktisk har fremstillet en topologisk superleder.

"Vores eksperimentelle resultater er i overensstemmelse med topologisk superledning, "siger Floriana Lombardi, professor ved Quantum Device Physics Laboratory på Chalmers.

For at skabe deres ukonventionelle superleder, de startede med det, der kaldes en topologisk isolator lavet af vismut -tellurid, Bi ₂ Te ₃ . En topologisk isolator leder strøm på en helt særlig måde på overfladen. Forskerne lagde et lag aluminium, en konventionel superleder, På toppen, som leder strøm helt uden modstand ved lave temperaturer.

"Det superledende par elektroner lækker derefter ind i den topologiske isolator, som også bliver superledende, "forklarer Thilo Bauch, lektor i kvanteapparatfysik.

Imidlertid, de indledende målinger indikerede alle, at de kun havde standard superledningsevne induceret i Bi ₂ Te ₃ topologisk isolator. Men da de senere nedkølede komponenten igen, rutinemæssigt at gentage nogle målinger, situationen ændrede sig pludselig - egenskaberne ved de superledende par af elektroner varierede i forskellige retninger.

"Og det er slet ikke kompatibelt med konventionel superledning. Uventede og spændende ting skete, «siger Lombardi.

I modsætning til andre forskerhold, Lombardis team brugte platin til at samle den topologiske isolator med aluminiumet. Gentagne afkølingscyklusser gav anledning til spændinger i materialet, hvilket fik superledningen til at ændre dens egenskaber. Efter en intens analyseperiode, forskerne fastslog, at det sandsynligvis var lykkedes at skabe en topologisk superleder.

"Til praktiske anvendelser, materialet er hovedsageligt af interesse for dem, der forsøger at bygge en topologisk kvantecomputer. Vi ønsker at udforske den nye fysik gemt i topologiske superledere - dette er et nyt kapitel i fysik, "Siger Lombardi.

Resultaterne blev for nylig offentliggjort i Naturkommunikation i en undersøgelse med titlen "Induceret ukonventionel superledning på overfladetilstandene i Bi ₂ Te ₃ topologisk isolator. "