Läpimurto Kölnissä: Suprajohtavat nanolangat edistävät kvanttitietokoneita!

Läpimurto Kölnissä: Suprajohtavat nanolangat edistävät kvanttitietokoneita!

Kölnin yliopiston fyysikot ovat edistyneet merkittävästi kvanttilaskentatekniikan alalla. He löysivät suprajohtavan vaikutuksen topologisista eristeistä valmistetuissa nanolangoissa. Nämä tulokset julkaistiin Nature Physics -lehdessä, ja ne ovat tärkeä askel vakaampien kvanttibittien (kubittien) kehittämisessä. Tutkimuksen otsikko on "Pitkän kantaman ristikkäinen Andreevin heijastus topologisissa eristimen nanolangoissa, jotka ovat suprajohteen läheisyydessä", kuten [uni-koeln.de] raportoi.

Crossed Andreev Reflectionin (CAR) ratkaiseva havaitseminen nanolangoissa voisi luoda perustan tuleville kvanttitietokoneille. Tämä heijastus on kvanttiefekti, jossa nanolankojen ruiskutetut elektronit pariutuvat muiden elektronien kanssa muodostaen suprajohtavia Cooper-pareja. Tässä tutkimuksessa kehitettiin innovatiivinen lähestymistapa nanolankojen valmistukseen, joka johtaa puhtaampiin rakenteisiin, mikä on ratkaisevan tärkeää suprajohtavien korrelaatioiden indusoinnissa topologisissa eristimissä.

Tärkeimmät tulokset ja tulevat askeleet

Tohtori Junya Fengin ja professori tohtori Yoichi Andon johdolla tekemä tutkimus osoittaa lupaavan näkökulman Majorana-fermionien käyttöön kestävien kvanttibittien kehittämiseen. Nykyiset qubit-tekniikat ovat usein epävakaita ja virhealttiita, mutta kyky luoda erityisiä kvanttitiloja voi käynnistää paradigman muutoksen kvanttilaskentatekniikassa. Tutkijoiden seuraava askel on tarkkailla ja hallita Majorana-fermioneja näissä järjestelmissä.

Yhteistyö Baselin yliopiston ja Cluster of Excellence "Matter and Light for Quantum Information" (ML4Q) kanssa on ratkaisevan tärkeää. ML4Q perustettiin vuonna 2019, ja se kokoaa yhteen tutkijoita Kölnin, Aachenin, Bonnin yliopistoista ja Jülichin tutkimuskeskuksesta. Konsortion päätavoitteena on kvanttilaskennan alan tutkimus ja uusien kvanttilaitteistojen ja -ohjelmistojen kehittäminen.

Topologiset eristeet ja niiden merkitys

Topologisilla eristeillä (TI) on keskeinen rooli kvanttilaskentatekniikassa. Ne on tarkoitettu perustaksi stabiilien kubittien rakentamiselle, erityisesti Majorana-fermionien synnyttämisen kautta. Nämä erikoishiukkaset voivat esiintyä topologioissa, jotka tuottavat ainetta, jolla on topologinen suprajohtavuus. [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov]:n mukaan normaalien metallin/ferromagneettisen eristeen/suprajohteen liitosten kuljetusominaisuuksien tutkiminen osoittaa, että syntyy kiraalisia Majorana-muotoja, joihin magnetisoinnin suunta voi vaikuttaa voimakkaasti.

Näillä löydöillä ei ole vain käytännön sovelluksia, vaan myös syvempiä teoreettisia vaikutuksia kvanttimekaniikan perusteisiin. Kyky luoda ja hallita aineen uusia vaiheita voisi mahdollistaa uraauurtavan edistyksen kvanttilaskennassa.

Tuore esimerkki Majorana-fermionien ja topologisten eristeiden käytännön sovelluksista on Microsoftin ilmoitus Majorana 1:stä, maailman ensimmäisestä topologiseen ydinarkkitehtuuriin perustuvasta kvanttiprosessorista. [azure.microsoft.com]:n mukaan Majorana 1 on suunniteltu skaalautumaan jopa miljoonaan kubittiin yhdellä sirulla. Tämä teknologia voi johtaa siihen, että kvanttitietokoneista tulee standardityökalu materiaalitieteen, maatalouden ja kemian löytöissä tulevina vuosina.

Kvanttilaskennan nykyiset edistysaskeleet voivat muuttaa tapaamme käsitellä tietoa, ja niillä voi olla merkittäviä vaikutuksia monille tieteenaloille. Polun seuraavan sukupolven kvanttitietokoneiden kehittämiseen vaikuttavat siis ratkaisevasti esimerkiksi Kölnin yliopiston tulokset.