Läbimurre Kölnis: ülijuhtivad nanojuhtmed edendavad kvantarvuteid!

Läbimurre Kölnis: ülijuhtivad nanojuhtmed edendavad kvantarvuteid!

Kölni ülikooli füüsikud on teinud kvantarvutustehnoloogia vallas märkimisväärseid edusamme. Nad avastasid topoloogilistest isolaatoritest valmistatud nanojuhtmetes ülijuhtiva efekti. Need tulemused avaldati ajakirjas "Nature Physics" ja need on oluline samm stabiilsemate kvantbittide (kubittide) väljatöötamisel. Nagu [uni-koeln.de] teatab, kannab uurimus pealkirja "Andrejevi kaugpeegeldus topoloogilistes isolaatorite nanojuhtmetes, mille läheduses on ülijuht".

Crossed Andreev Reflection (CAR) ülioluline tuvastamine nanojuhtmetes võib panna aluse tulevastele kvantarvutitele. See peegeldus on kvantefekt, milles nanojuhtmetesse süstitud elektronid seostuvad teiste elektronidega, moodustades ülijuhtivad Cooperi paarid. Selles uuringus töötati välja uuenduslik lähenemisviis nanojuhtmete valmistamisele, mis viib puhtamate struktuurideni, mis on ülioluline ülijuhtivate korrelatsioonide esilekutsumiseks topoloogilistes isolaatorites.

Peamised tulemused ja edasised sammud

Dr Junya Fengi ja professor dr Yoichi Ando uurimistöö näitab paljutõotavat perspektiivi Majorana fermioonide kasutamisel tugevate kvantbittide väljatöötamiseks. Praegused kubititehnoloogiad on sageli ebastabiilsed ja veaohtlikud, kuid spetsiaalsete kvantolekute loomise võimalus võib tuua kaasa paradigma muutuse kvantarvutustehnoloogias. Teadlaste järgmine samm on Majorana fermioonide vaatlemine ja kontrollimine nendes süsteemides.

Koostöö Baseli ülikooli ja tippklastriga “Materja ja valgus kvantteabe jaoks” (ML4Q) on ülioluline. ML4Q asutati 2019. aastal ning see ühendab Kölni, Aacheni, Bonni ülikoolide ja Jülichi uurimiskeskuse teadlasi. Konsortsiumi põhieesmärk on teadusuuringud kvantarvutuse valdkonnas ning uudse kvantriistvara ja -tarkvara arendamine.

Topoloogilised isolaatorid ja nende tähendus

Topoloogilised isolaatorid (TI) mängivad kvantarvutustehnoloogias keskset rolli. Need on ette nähtud stabiilsete kubittide ehitamiseks, eelkõige Majorana fermionide genereerimise kaudu. Need spetsiaalsed osakesed võivad esineda topoloogiates, mis toodavad topoloogilise ülijuhtivusega ainet. Vastavalt [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov] andmetele näitab normaalsete metalli/ferromagnetilise isolaatori/ülijuhi ühenduste transpordiomaduste uurimine, et tekivad kiraalsed Majorana režiimid, mida magnetiseerimise suund võib tugevalt mõjutada.

Nendel avastustel pole mitte ainult praktilisi rakendusi, vaid ka sügavamaid teoreetilised tagajärjed kvantmehaanika alustele. Võime luua ja juhtida uusi ainefaase võib võimaldada kvantarvutuses murrangulisi edusamme.

Hiljutine näide Majorana fermionide ja topoloogiliste isolaatorite praktilistest rakendustest on Microsofti teade Majorana 1-st, maailma esimesest topoloogilisel tuumarhitektuuril põhinevast kvantprotsessorist. [Azure.microsoft.com] andmetel on Majorana 1 loodud nii, et see oleks skaleeritav kuni miljoni kubitini ühel kiibil. See tehnoloogia võib viia selleni, et lähiaastatel saavad kvantarvutid materjaliteaduse, põllumajanduse ja keemiaavastuste standardtööriistaks.

Kvantarvutite praegused edusammud võivad muuta meie teabe töötlemise viisi ja avaldada märkimisväärset mõju paljudele teadusvaldkondadele. Järgmise põlvkonna kvantarvutite väljatöötamise teed kujundavad seetõttu otsustavalt sellised tulemused nagu Kölni ülikooli tulemused.