Průlom v Kolíně nad Rýnem: Supravodivé nanodrátky podporují kvantové počítače!

Průlom v Kolíně nad Rýnem: Supravodivé nanodrátky podporují kvantové počítače!

Fyzici na univerzitě v Kolíně nad Rýnem dosáhli významného pokroku v oblasti kvantové výpočetní techniky. V nanodrátech vyrobených z topologických izolátorů objevili supravodivý efekt. Tyto výsledky byly publikovány v časopise „Nature Physics“ a představují důležitý krok ve vývoji stabilnějších kvantových bitů (qubitů). Studie se jmenuje „Dlouhý dosah zkřížený Andreevův odraz v topologických nanovláknech izolátoru v blízkosti supravodiče“, jak uvádí [uni-koeln.de].

Zásadní detekce Crossed Andreev Reflection (CAR) v nanodrátech by mohla položit základy budoucích kvantových počítačů. Tento odraz je kvantový efekt, ve kterém se vstřikované elektrony v nanodrátech spojují s jinými elektrony a vytvářejí supravodivé Cooperovy páry. V této studii byl vyvinut inovativní přístup k výrobě nanodrátů, který vede k čistším strukturám, což je klíčové pro indukci supravodivých korelací v topologických izolátorech.

Klíčové výsledky a budoucí kroky

Výzkum pod vedením Dr. Junya Feng a profesora Dr. Yoichi Ando ukazuje slibnou perspektivu použití fermionů Majorana k vývoji robustních kvantových bitů. Současné qubitové technologie jsou často nestabilní a náchylné k chybám, ale schopnost vytvářet speciální kvantové stavy by mohla znamenat změnu paradigmatu v kvantové výpočetní technologii. Dalším krokem výzkumníků je pozorování a kontrola fermionů Majorana v těchto systémech.

Spolupráce s Univerzitou v Basileji a Cluster of Excellence „Matter and Light for Quantum Information“ (ML4Q) je klíčová. ML4Q byla založena v roce 2019 a sdružuje vědce z univerzit v Kolíně nad Rýnem, Cáchách, Bonnu a Výzkumného centra Jülich. Hlavním cílem konsorcia je výzkum v oblasti kvantových počítačů a vývoj nového kvantového hardwaru a softwaru.

Topologické izolanty a jejich význam

Topologické izolátory (TI) hrají ústřední roli v kvantové výpočetní technologii. Jsou určeny jako základ pro konstrukci stabilních qubitů, zejména prostřednictvím generace Majorana fermionů. Tyto speciální částice by se mohly objevit v topologiích, které produkují látku s topologickou supravodivostí. Podle [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov] zkoumání transportních vlastností normálních přechodů kov/feromagnetický izolátor/supravodič ukazuje, že vznikají chirální Majorana módy, které mohou být silně ovlivněny směrem magnetizace.

Tyto objevy mají nejen praktické aplikace, ale také hlubší teoretické důsledky pro základy kvantové mechaniky. Schopnost vytvářet a řídit nové fáze hmoty by mohla umožnit převratný pokrok v kvantovém počítání.

Nedávným příkladem praktických aplikací fermionů a topologických izolátorů Majorana je oznámení společnosti Microsoft o Majorana 1, prvním kvantovém procesoru na světě založeném na architektuře topologického jádra. Podle [azure.microsoft.com] je Majorana 1 navržena tak, aby byla škálovatelná až na milion qubitů na jednom čipu. Tato technologie by mohla v nadcházejících letech vést k tomu, že se kvantové počítače stanou standardním nástrojem ve vědě o materiálech, zemědělství a chemických objevech.

Současné pokroky v kvantovém počítání by mohly změnit způsob, jakým zpracováváme informace, a mít významný dopad na řadu oblastí vědy. Cesta k vývoji kvantových počítačů nové generace bude proto rozhodujícím způsobem utvářena výsledky, jako jsou ty z univerzity v Kolíně nad Rýnem.