Doorbraak in Keulen: supergeleidende nanodraden promoten kwantumcomputers!

Doorbraak in Keulen: supergeleidende nanodraden promoten kwantumcomputers!

Natuurkundigen van de Universiteit van Keulen hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van kwantumcomputertechnologie. Ze ontdekten een supergeleidend effect in nanodraden gemaakt van topologische isolatoren. Deze resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift ‘Nature Physics’ en vertegenwoordigen een belangrijke stap in de ontwikkeling van stabielere kwantumbits (qubits). De studie heeft de titel “Lange afstand gekruiste Andreev-reflectie in topologische isolator-nanodraden in de buurt van een supergeleider”, zoals [uni-koeln.de] meldt.

De cruciale detectie van Crossed Andreev Reflection (CAR) in de nanodraden zou de basis kunnen leggen voor toekomstige kwantumcomputers. Deze reflectie is een kwantumeffect waarbij geïnjecteerde elektronen in de nanodraden zich koppelen met andere elektronen om supergeleidende Cooper-paren te vormen. In deze studie werd een innovatieve benadering van de fabricage van nanodraden ontwikkeld die leidt tot schonere structuren, wat cruciaal is voor het induceren van supergeleidende correlaties in topologische isolatoren.

Belangrijkste resultaten en toekomstige stappen

Onder leiding van dr. Junya Feng en professor dr. Yoichi Ando toont het onderzoek een veelbelovend perspectief op het gebruik van Majorana-fermionen om robuuste kwantumbits te ontwikkelen. De huidige qubit-technologieën zijn vaak onstabiel en foutgevoelig, maar het vermogen om speciale kwantumtoestanden te creëren zou een paradigmaverschuiving in de kwantumcomputertechnologie kunnen inluiden. De volgende stap van de onderzoekers is het observeren en controleren van Majorana-fermionen in deze systemen.

De samenwerking met de Universiteit van Bazel en het Cluster of Excellence “Matter and Light for Quantum Information” (ML4Q) is cruciaal. ML4Q werd opgericht in 2019 en brengt wetenschappers van de universiteiten van Keulen, Aken, Bonn en het Onderzoekscentrum Jülich samen. Een hoofddoel van het consortium is onderzoek op het gebied van quantum computing en de ontwikkeling van nieuwe quantumhardware en -software.

Topologische isolatoren en hun betekenis

Topologische isolatoren (TI) spelen een centrale rol in de kwantumcomputertechnologie. Ze zijn bedoeld als basis voor de constructie van stabiele qubits, met name door het genereren van Majorana-fermionen. Deze speciale deeltjes zouden kunnen verschijnen in topologieën die een stof produceren met topologische supergeleiding. Volgens [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov] laat het onderzoek naar de transporteigenschappen van normale metaal/ferromagnetische isolator/supergeleiderovergangen zien dat er chirale Majorana-modi ontstaan ​​die sterk kunnen worden beïnvloed door de richting van magnetisatie.

Deze ontdekkingen hebben niet alleen praktische toepassingen, maar ook diepere theoretische implicaties voor de grondslagen van de kwantummechanica. Het vermogen om nieuwe fasen van materie te creëren en te controleren zou baanbrekende vooruitgang in quantum computing mogelijk kunnen maken.

Een recent voorbeeld van de praktische toepassingen van Majorana-fermionen en topologische isolatoren is de aankondiging door Microsoft van Majorana 1, 's werelds eerste kwantumprocessor gebaseerd op een topologische kernarchitectuur. Volgens [azure.microsoft.com] is Majorana 1 ontworpen om schaalbaar te zijn tot maximaal een miljoen qubits op één chip. Deze technologie zou ertoe kunnen leiden dat kwantumcomputers de komende jaren een standaardinstrument worden in de materiaalkunde, landbouw en chemische ontdekkingen.

De huidige vooruitgang op het gebied van quantum computing zou de manier waarop we informatie verwerken kunnen transformeren en aanzienlijke gevolgen kunnen hebben voor tal van wetenschapsgebieden. Het pad naar de ontwikkeling van de volgende generatie kwantumcomputers zal daarom beslissend worden bepaald door resultaten zoals die van de Universiteit van Keulen.