Пробив в Кьолн: Свръхпроводящите нанопроводници насърчават квантовите компютри!

Пробив в Кьолн: Свръхпроводящите нанопроводници насърчават квантовите компютри!

Физиците от университета в Кьолн постигнаха значителен напредък в областта на квантовите изчислителни технологии. Те откриха свръхпроводящ ефект в нанопроводници, направени от топологични изолатори. Тези резултати са публикувани в списание „Nature Physics“ и представляват важна стъпка в разработването на по-стабилни квантови битове (кубити). Изследването е озаглавено „Кръстосано отражение на Андреев на дълги разстояния в топологични изолаторни нанопроводници, проксимитирани от свръхпроводник“, както съобщава [uni-koeln.de].

Решаващото откриване на Crossed Andreev Reflection (CAR) в нанопроводниците може да постави основата за бъдещи квантови компютри. Това отражение е квантов ефект, при който инжектираните електрони в нанопроводниците се свързват с други електрони, за да образуват свръхпроводящи двойки Купър. В това проучване е разработен иновативен подход към производството на нанопроводници, който води до по-чисти структури, което е от решаващо значение за предизвикване на свръхпроводящи корелации в топологични изолатори.

Ключови резултати и бъдещи стъпки

Под ръководството на д-р Джуня Фенг и изследването на професор д-р Йоичи Андо показва обещаваща перспектива за използването на фермиони на Majorana за разработване на стабилни квантови битове. Настоящите qubit технологии често са нестабилни и податливи на грешки, но способността да се създават специални квантови състояния може да доведе до промяна на парадигмата в квантовата изчислителна технология. Следващата стъпка на изследователите е да наблюдават и контролират фермионите на Majorana в тези системи.

Сътрудничеството с Университета в Базел и Клъстера за високи постижения „Материя и светлина за квантова информация“ (ML4Q) е от решаващо значение. ML4Q е основана през 2019 г. и обединява учени от университетите в Кьолн, Аахен, Бон и изследователския център Юлих. Основна цел на консорциума е изследване в областта на квантовите изчисления и разработването на нов квантов хардуер и софтуер.

Топологични изолатори и тяхното значение

Топологичните изолатори (TI) играят централна роля в квантовата изчислителна технология. Те са предназначени като основа за изграждането на стабилни кубити, по-специално чрез генериране на майоранови фермиони. Тези специални частици могат да се появят в топологии, които произвеждат вещество с топологична свръхпроводимост. Според [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov], изследването на транспортните свойства на нормалните връзки метал/феромагнитен изолатор/свръхпроводник показва, че възникват хирални майоранови режими, които могат да бъдат силно повлияни от посоката на намагнитване.

Тези открития имат не само практическо приложение, но и по-дълбоки теоретични последици за основите на квантовата механика. Способността да се създават и контролират нови фази на материята може да даде възможност за новаторски напредък в квантовите изчисления.

Скорошен пример за практическите приложения на фермионите на Majorana и топологичните изолатори е съобщението на Microsoft за Majorana 1, първият в света квантов процесор, базиран на топологична основна архитектура. Според [azure.microsoft.com], Majorana 1 е проектирана да бъде мащабируема до милион кюбита на един чип. Тази технология може да доведе до превръщането на квантовите компютри в стандартен инструмент в науката за материалите, селското стопанство и химическите открития през следващите години.

Текущият напредък в квантовите изчисления може да трансформира начина, по който обработваме информацията, и да има значително въздействие върху много области на науката. Следователно пътят към разработването на следващо поколение квантови компютри ще бъде решително оформен от резултати като тези от Университета в Кьолн.