Kvanteforskning forener to ideer, der tilbyder en alternativ vej til topologisk superledning

Forskere ved Københavns Universitet, i samarbejde med Microsoft Quantum-forskere, har brugt en blyantformet halvleder, der kun måler et par hundrede nanometer i diameter til at afdække en ny vej til topologisk superledning og Majorana nul-tilstande. Undersøgelsen blev for nylig offentliggjort i Videnskab .

Den nye rute, som forskerne opdagede, bruger faseviklingen omkring omkredsen af ​​en cylindrisk superleder, der omgiver en halvleder, en tilgang, de kalder et konceptuelt gennembrud.

"Resultatet kan give en nyttig vej mod brugen af ​​Majorana nul-tilstande som grundlag for beskyttede qubits til kvanteinformation. Vi ved ikke, om disse ledninger i sig selv vil være nyttige, eller hvis bare ideerne vil være nyttige, " siger Charles Marcus, Villum Kann Rasmussen Professor ved Niels Bohr Institutet og videnskabelig direktør for Microsoft Quantum Lab i København.

Det, de rapporterer, ser ud til at være en meget nemmere måde at skabe Majorana nul-tilstande på, hvor de kan tændes og slukkes, ifølge postdoc-stipendiat Saulius Vaitikenas, som var den ledende eksperimentel på undersøgelsen.

To kendte ideer kombineret

Den nye forskning fusionerer to allerede kendte ideer, der bruges i kvantemekanikkens verden:hvirvelbaserede topologiske superledere og endimensionel topologisk superledning i nanotråde.

"Betydningen af ​​dette resultat er, at det forener forskellige tilgange til at forstå og skabe topologisk superledning og Majorana nul-tilstande, siger professor Karsten Flensberg, direktør for Center for Quantum Devices.

Fundene kan beskrives som en forlængelse af Little-Parks-effekten, opdaget af fysikere for 50 år siden. I Little-Parks-effekten, en superleder i form af en cylindrisk skal tilpasser sig et eksternt magnetfelt, gevindskæring af cylinderen ved at springe til en "hvirveltilstand", hvor kvantebølgefunktionen omkring cylinderen bærer et twist af sin fase.

Forskerne havde brug for en speciel type materiale, der kombinerede halvleder nanotråde og superledende aluminium. Disse materialer blev udviklet i Center for Quantum Devices over et par år. Især den superledende skal omgiver halvlederen i disse ledninger. De er dyrket af professor Peter Krogstrup, også ved Center for Quantum Devices og videnskabelig direktør for Microsoft Quantum Materials Lab i Lyngby.

"Vores motivation til at se på dette i første omgang var, at det virkede interessant, og vi vidste ikke, hvad der ville ske, " siger Charles Marcus om den eksperimentelle opdagelse, hvilket blev bekræftet teoretisk i samme publikation. Ikke desto mindre, ideen kan indikere en vej frem for kvanteberegning.