Ανακάλυψη στην Κολωνία: Τα υπεραγώγιμα νανοσύρματα προωθούν τους κβαντικούς υπολογιστές!

Ανακάλυψη στην Κολωνία: Τα υπεραγώγιμα νανοσύρματα προωθούν τους κβαντικούς υπολογιστές!

Οι φυσικοί του Πανεπιστημίου της Κολωνίας έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στον τομέα της τεχνολογίας κβαντικών υπολογιστών. Ανακάλυψαν ένα υπεραγώγιμο φαινόμενο σε νανοσύρματα κατασκευασμένα από τοπολογικούς μονωτές. Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό «Nature Physics» και αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη πιο σταθερών κβαντικών bit (qubits). Η μελέτη έχει τίτλο «Μεγάλης εμβέλειας διασταυρούμενη ανάκλαση Andreev σε νανοσύρματα τοπολογικών μονωτών κοντά σε έναν υπεραγωγό», όπως αναφέρει το [uni-koeln.de].

Η κρίσιμη ανίχνευση του Crossed Andreev Reflection (CAR) στα νανοσύρματα θα μπορούσε να θέσει τα θεμέλια για μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές. Αυτή η ανάκλαση είναι ένα κβαντικό φαινόμενο στο οποίο τα εγχυόμενα ηλεκτρόνια στα νανοσύρματα συζεύγνυνται με άλλα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν υπεραγώγιμα ζεύγη Cooper. Σε αυτή τη μελέτη, αναπτύχθηκε μια καινοτόμος προσέγγιση για την κατασκευή νανοσύρματος που οδηγεί σε καθαρότερες δομές, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την επαγωγή υπεραγώγιμων συσχετισμών σε τοπολογικούς μονωτές.

Βασικά αποτελέσματα και μελλοντικά βήματα

Υπό την καθοδήγηση του Δρ. Junya Feng και του καθηγητή Δρ. Yoichi Ando, ​​η έρευνα του δείχνει μια πολλά υποσχόμενη προοπτική για τη χρήση φερμιονίων Majorana για την ανάπτυξη ισχυρών κβαντικών δυαδικών ψηφίων. Οι τρέχουσες τεχνολογίες qubit είναι συχνά ασταθείς και επιρρεπείς σε σφάλματα, αλλά η ικανότητα δημιουργίας ειδικών κβαντικών καταστάσεων θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια αλλαγή παραδείγματος στην τεχνολογία κβαντικών υπολογιστών. Το επόμενο βήμα των ερευνητών είναι να παρατηρήσουν και να ελέγξουν τα φερμιόνια Majorana σε αυτά τα συστήματα.

Η συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας και το Cluster of Excellence «Matter and Light for Quantum Information» (ML4Q) είναι ζωτικής σημασίας. Το ML4Q ιδρύθηκε το 2019 και συγκεντρώνει επιστήμονες από τα πανεπιστήμια της Κολωνίας, του Άαχεν, της Βόννης και του Ερευνητικού Κέντρου Jülich. Βασικός στόχος της κοινοπραξίας είναι η έρευνα στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών και η ανάπτυξη νέου κβαντικού υλικού και λογισμικού.

Τοπολογικοί μονωτές και η σημασία τους

Οι τοπολογικοί μονωτές (TI) διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην τεχνολογία κβαντικών υπολογιστών. Προορίζονται ως βάση για την κατασκευή σταθερών qubits, ιδίως μέσω της παραγωγής φερμιονίων Majorana. Αυτά τα ειδικά σωματίδια θα μπορούσαν να εμφανιστούν σε τοπολογίες που παράγουν μια ουσία με τοπολογική υπεραγωγιμότητα. Σύμφωνα με το [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov], η διερεύνηση των ιδιοτήτων μεταφοράς των κανονικών συνδέσεων μετάλλου/σιδηρομαγνητικού μονωτή/υπεραγωγού δείχνει ότι προκύπτουν χειρόμορφοι τρόποι Majorana που μπορούν να επηρεαστούν έντονα από την κατεύθυνση της μαγνήτισης.

Αυτές οι ανακαλύψεις δεν έχουν μόνο πρακτικές εφαρμογές, αλλά και βαθύτερες θεωρητικές επιπτώσεις στα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής. Η ικανότητα δημιουργίας και ελέγχου νέων φάσεων ύλης θα μπορούσε να επιτρέψει πρωτοποριακές προόδους στον κβαντικό υπολογισμό.

Ένα πρόσφατο παράδειγμα των πρακτικών εφαρμογών των φερμιονίων Majorana και των τοπολογικών μονωτών είναι η ανακοίνωση της Microsoft για τον Majorana 1, τον πρώτο κβαντικό επεξεργαστή στον κόσμο που βασίζεται σε αρχιτεκτονική τοπολογικού πυρήνα. Σύμφωνα με το [azure.microsoft.com], το Majorana 1 έχει σχεδιαστεί για να μπορεί να κλιμακωθεί έως και ένα εκατομμύριο qubits σε ένα μόνο τσιπ. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να οδηγήσει στο να γίνουν οι κβαντικοί υπολογιστές ένα τυπικό εργαλείο στην επιστήμη των υλικών, τη γεωργία και την ανακάλυψη χημικών τα επόμενα χρόνια.

Οι τρέχουσες εξελίξεις στον κβαντικό υπολογισμό θα μπορούσαν να μεταμορφώσουν τον τρόπο με τον οποίο επεξεργαζόμαστε πληροφορίες και να έχουν σημαντικές επιπτώσεις σε πολλούς τομείς της επιστήμης. Η πορεία προς την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών επόμενης γενιάς θα διαμορφωθεί αποφασιστικά από αποτελέσματα όπως αυτά του Πανεπιστημίου της Κολωνίας.