Første hybrid kvantebit baseret på topologiske isolatorer

Med deres overlegne egenskaber kunne topologiske qubits hjælpe med at opnå et gennembrud i udviklingen af ​​en kvantecomputer designet til universelle applikationer. Indtil videre er det endnu ikke lykkedes for nogen entydigt at demonstrere en kvantebit, eller kort sagt qubit, af denne art i et laboratorium. Men forskere fra Forschungszentrum Jülich er nu gået et stykke vej for at gøre dette til virkelighed. For første gang lykkedes det dem at integrere en topologisk isolator i en konventionel superledende qubit. Lige i tide til "World Quantum Day" den 14. april nåede deres nye hybride qubit på forsiden af ​​det seneste nummer af tidsskriftet Nano Letters .

Kvantecomputere betragtes som fremtidens computere. Ved hjælp af kvanteeffekter lover de at levere løsninger til meget komplekse problemer, som ikke kan behandles af konventionelle computere i en realistisk tidsramme. Den udbredte brug af sådanne computere er dog stadig langt væk. Nuværende kvantecomputere indeholder generelt kun et lille antal qubits. Hovedproblemet er, at de er meget tilbøjelige til at fejle. Jo større systemet er, jo sværere er det fuldstændigt at isolere det fra dets omgivelser.

Mange forhåbninger er derfor knyttet til en ny type kvantebit - den topologiske qubit. Denne tilgang forfølges af flere forskningsgrupper såvel som virksomheder som Microsoft. Denne type qubit udviser den særlige egenskab, at den er topologisk beskyttet; superledernes særlige geometriske struktur samt deres særlige elektroniske materialeegenskaber sikrer, at kvanteinformation bevares. Topologiske qubits anses derfor for at være særligt robuste og stort set immune over for eksterne kilder til dekohærens. De ser også ud til at muliggøre hurtige koblingstider, der kan sammenlignes med dem, der opnås med de konventionelle superledende qubits, der bruges af Google og IBM i nuværende kvanteprocessorer.

Det er dog endnu ikke klart, om det nogensinde vil lykkes os rent faktisk at producere topologiske qubits. Dette skyldes, at der stadig mangler et passende materialegrundlag til eksperimentelt at generere de specielle kvasipartikler, der kræves hertil uden tvivl. Disse kvasipartikler er også kendt som Majorana-stater. Indtil nu har de kun kunne demonstreres utvetydigt i teorien, men ikke i eksperimenter. Hybride qubits, som de nu er blevet konstrueret for første gang af forskergruppen ledet af Dr. Peter Schüffelgen ved Peter Grünberg Instituttet (PGI-9) i Forschungszentrum Jülich, åbner nu op for nye muligheder på dette område. De indeholder allerede topologiske materialer på afgørende punkter. Derfor giver denne nye type hybrid qubit forskere en ny eksperimentel platform til at teste topologiske materialers opførsel i meget følsomme kvantekredsløb. + Udforsk yderligere

Direkte måling af elektriske egenskaber i ultratynde topologiske isolatorer