Forskere afslører, hvordan man stopper cyberindtrængen

Forskere finansieret af den amerikanske hær ved University of California i Los Angles har fundet en signatur af den længe eftersøgte Majorana-partikel, som er en rygende pistol. og fundet, de siger, kunne blokere ubudne gæster på følsomme kommunikationsnetværk.

Majorana partiklerne, som blev forudsagt for mere end 80 år siden af ​​den italienske teoretiske fysiker Ettore Majorana, kan blive kritiske byggesten til kvantecomputere, fordi deres usædvanlige egenskaber gør dem modstandsdygtige over for ekstern interferens og forhindrer tab af kvanteinformation.

Opdagelsen løser ikke kun et langvarigt problem inden for fysik, men åbner også en potentiel vej til at kontrollere Majorana-fermioner til at realisere robust topologisk kvanteberegning, sagde Dr. Joe Qiu, leder af Solid-State Electronics Program i Direktoratet for Ingeniørvidenskab ved Hærens Forskningskontor, en del af U.S. Army Research Laboratory, beliggende i Research Triangle Park i Durham, North Carolina.

Kvantecomputere kunne løse problemer meget hurtigere og mere effektivt end klassiske computere, potentielt føre til væsentlig forbedring af situationsbevidstheden med evnen til at behandle store mængder tilgængelige data, et grundlæggende prioriteret forskningsområde for den amerikanske hær.

"Tidligere eksperimentelle tilgange baseret på halvleder nanotråde på superledere har produceret inkonklusive signaler, som også kunne tilskrives andre effekter, " sagde Qiu. "UCLA-eksperimentet ved hjælp af stablede lag af magnetisk topologisk isolator og superleder har vist det klareste og mest utvetydige bevis for partiklerne som forudsagt af teori indtil videre."

Forskningen, der førte til opdagelsen, repræsenterer et tæt tværfagligt samarbejde mellem et team af forskere, herunder elektroingeniører, fysikere og materialeforskere. UCLA-holdet er finansieret af et militært multidisciplinært universitetsforskningsinitiativ, eller MURI, pris i fællesskab forvaltet af Electronics (Dr. Joe Qiu), Fysik (Dr. Marc Ulrich) og Materialer (Dr. John Prater) afdelinger ved ARO. ARO finansierer forskning for at igangsætte videnskabelige og vidtrækkende teknologiske opdagelser i ekstramurale organisationer, uddannelsesinstitutioner, nonprofitorganisationer og privat industri, der kan gøre fremtidige amerikanske soldater stærkere og sikrere.

Denne forskning blev ledet af prof. Kang Wang, en UCLA anerkendt professor i elektroteknik, af fysik og materialevidenskab og teknik, som også har UCLA's Raytheon Chair i Electrical Engineering.

Først offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Videnskab juli sidste år, forskningen blev omtalt i en inviteret tale præsenteret af professor Wang samt to andre relaterede inviterede foredrag af hans samarbejdspartnere under American Physical Society March Meeting.

"Fordi Majorana-partiklen er sin egen anti-partikel - der bærer nul elektrisk ladning - betragtes den som den bedste kandidat til at bære en kvantebit, eller qubit, den enhed af data, der ville være grundlaget for kvantecomputere. I modsætning til "bits" af data i standardcomputere, som kan repræsenteres som enten 0'ere eller 1'ere, qubits har evnen til at være både 0'ere og 1'ere, en egenskab, der ville give kvantecomputere eksponentielt mere computerkraft og hastighed end nutidens bedste supercomputere, " sagde Qiu.

Majorana-partiklen har været i fokus for stor interesse for kvanteberegning, for en stor del, fordi dens neutrale ladning gør den modstandsdygtig over for ekstern interferens og giver den mulighed for at udnytte og opretholde en kvanteegenskab kendt som sammenfiltring. Entanglement gør det muligt for to fysisk adskilte partikler at kode information samtidig, som kunne generere enorm computerkraft.

"Forestil dig, at bits af data i standardcomputere er som biler, der kører begge veje på to-sporede motorveje, " sagde Wang, som også er direktør for King Abdulaziz City for Science and Technologys Center of Excellence in Green Nanotechnology. "En kvantecomputer kunne have mange baner og mange niveauer af 'trafik, ' og bilerne kunne hoppe mellem niveauer og køre i begge retninger på samme tid, i hver bane og på alle niveauer. Vi har brug for stabil, pansrede kvante-"biler" til at gøre dette, og Majorana-partiklerne er disse superbiler."

For deres forskning, holdet oprettede en superleder, et materiale, der tillader elektroner at flyde frit hen over dets overflader uden modstand, og placerede over det en tynd film af et nyt kvantemateriale kaldet topologisk isolator, at give ingeniørerne mulighed for at manipulere partiklerne til et bestemt mønster. Efter at have fejet et meget lille magnetfelt hen over opsætningen, forskerne fandt Majorana-partiklernes distinkte kvantiserede signal - det afslørende fingeraftryk af en bestemt type kvantepartikler - i den elektriske trafik mellem de to materialer.

"Majorana-partiklerne dukker op og opfører sig som halvdele af en elektron, selvom de ikke er stykker af elektroner, " sagde Qing Lin He, en UCLA-postdoc og co-lead forfatter af Videnskab papir. "Vi observerede kvanteadfærd, og det signal, vi så, viste tydeligt eksistensen af ​​disse partikler."

I forsøget Majorana-partikler rejste langs den topologiske isolator's kanter i et tydeligt fletningslignende mønster. Forskerne sagde, at det næste trin i deres forskning vil undersøge, hvordan man bruger Majorana-partikler i kvantefletning, som ville strikke dem sammen for at tillade information at blive lagret og behandlet ved super høje hastigheder.

Lei Pan, en UCLA ph.d.-studerende i elektroteknik og avisens hovedforfatter, sagde Majorana-partiklernes unikke egenskaber ser ud til at gøre dem særligt nyttige til topologiske kvantecomputere.

"Mens konventionelle kvantesystemer har sofistikerede skemaer til at rette fejl, information kodet i en topologisk kvantecomputer kan ikke let ødelægges, " sagde han. "Det spændende ved at bruge Majorana-partikler til at bygge kvantecomputere er, at systemet ville være fejltolerant."

Forskerholdet omfatter også samarbejdende medlemmer fra UC Irvine, UC Davis og Stanford University.