Samarbejde giver lovende materiale til kvanteberegning

Forskere ved Microsoft Quantum Materials Lab og Københavns Universitet, arbejder tæt sammen, er det lykkedes at realisere et vigtigt og lovende materiale til brug i en fremtidig kvantecomputer. Til dette formål, forskerne skal oprette materialer, der indeholder den sarte kvanteinformation og beskytte den mod dekoherens.

De såkaldte topologiske stater ser ud til at holde dette løfte, men en af ​​udfordringerne har været, at et stort magnetfelt skulle påføres. Med det nye materiale, det er blevet muligt at realisere topologiske tilstande uden magnetfeltet. "Resultatet er en af ​​mange nye udviklinger, der er nødvendige, før en egentlig kvantecomputer realiseres, men undervejs bedre forståelse af, hvordan kvantesystemer fungerer, og kan anvendes på medicin, katalysatorer eller materialer, vil være nogle af de positive bivirkninger til denne forskning, "Professor Charles Marcus forklarer. Den videnskabelige artikel er nu offentliggjort i Naturfysik

Topologiske tilstande er lovende - men der er mange udfordringer undervejs

Topologiske tilstande i kondensaterede systemer har skabt enorm spænding og aktivitet i det sidste årti, herunder Nobelprisen i fysik i 2016. Der er en naturlig fejltolerance for de såkaldte Majorana-nultilstande, hvilket gør topologiske tilstande ideelt egnede til kvanteberegning. Men fremskridt med at realisere topologiske Majorana -nultilstande er blevet hæmmet af kravet om store magnetfelter til at fremkalde den topologiske fase, som koster noget:systemet skal drives i boringen af ​​en stor magnet, og hvert topologisk segment skal være præcist justeret langs feltretningen.

De nye resultater rapporterer en nøglesignatur for topologisk superledning, men nu i fravær af et påført magnetfelt. Et tyndt lag af materialet europium sulfid (EuS), hvis indre magnetisme naturligvis flugter med nanotrådens akse og fremkalder et effektivt magnetfelt (mere end ti tusinde gange stærkere end Jordens magnetfelt) i superleder- og halvlederkomponenterne, synes tilstrækkelig til at inducere den topologiske superledende fase.

Professor Charles Marcus forklarer udviklingen på denne måde:"Kombinationen af ​​tre komponenter til en enkelt krystal - halvleder, superleder, ferromagnetisk isolator - en tredobbelt hybrid - er ny. Det er en god nyhed, at den danner en topologisk superleder ved lav temperatur. Dette giver os en ny vej til at lave komponenter til topologisk kvanteberegning, og giver fysikere et nyt fysisk system at udforske. "

De nye resultater vil snart blive anvendt til at konstruere qubit

Det næste trin vil være at anvende disse resultater for at komme tættere på at realisere den faktiske arbejdsqubit. Indtil videre har forskerne arbejdet med fysikken, og nu er de ved at gå i gang med at konstruere en egentlig enhed. Denne enhed, qubit, er i det væsentlige for en kvantecomputer, hvad transistoren er for den almindelige computer, vi kender i dag. Det er den enhed, der udfører beregningerne, men det er her sammenligningen ender. Potentialet for en kvantecomputers ydeevne er så stort, at vi i dag ikke engang er i stand til at forestille os mulighederne.