Przełom w Kolonii: nadprzewodzące nanodruty promują komputery kwantowe!

Przełom w Kolonii: nadprzewodzące nanodruty promują komputery kwantowe!

Fizycy z Uniwersytetu w Kolonii poczynili znaczne postępy w dziedzinie technologii obliczeń kwantowych. Odkryli efekt nadprzewodzący w nanodrutach wykonanych z izolatorów topologicznych. Wyniki te zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature Physics” i stanowią ważny krok w rozwoju bardziej stabilnych bitów kwantowych (kubitów). Badanie nosi tytuł „Długiego zasięgu skrzyżowane odbicie Andreeva w topologicznych nanoprzewodach izolatora w pobliżu nadprzewodnika” – jak podaje [uni-koeln.de].

Kluczowe wykrycie skrzyżowanego odbicia Andreeva (CAR) w nanodrutach może położyć podwaliny pod przyszłe komputery kwantowe. Odbicie to jest efektem kwantowym, w wyniku którego elektrony wstrzyknięte do nanodrutów łączą się z innymi elektronami, tworząc nadprzewodzące pary Coopera. W tym badaniu opracowano innowacyjne podejście do wytwarzania nanodrutów, które prowadzi do czystszych struktur, co ma kluczowe znaczenie dla indukowania korelacji nadprzewodzących w izolatorach topologicznych.

Kluczowe wyniki i przyszłe kroki

Badania prowadzone pod kierunkiem dr Junyi Feng i profesora dr Yoichi Ando ukazują obiecujące perspektywy wykorzystania fermionów Majorany do opracowania solidnych bitów kwantowych. Obecne technologie kubitowe są często niestabilne i podatne na błędy, ale możliwość tworzenia specjalnych stanów kwantowych może zapoczątkować zmianę paradygmatu w technologii obliczeń kwantowych. Następnym krokiem badaczy jest obserwacja i kontrola fermionów Majorany w tych układach.

Współpraca z Uniwersytetem w Bazylei i klastrem doskonałości „Materia i światło na rzecz informacji kwantowej” (ML4Q) jest kluczowa. ML4Q zostało założone w 2019 roku i zrzesza naukowców z uniwersytetów w Kolonii, Akwizgranie, Bonn i Centrum Badawczego Jülich. Głównym celem konsorcjum są badania w dziedzinie obliczeń kwantowych oraz rozwój nowatorskiego sprzętu i oprogramowania kwantowego.

Izolatory topologiczne i ich znaczenie

Izolatory topologiczne (TI) odgrywają kluczową rolę w technologii obliczeń kwantowych. Mają one stanowić podstawę do konstrukcji stabilnych kubitów, w szczególności poprzez generację fermionów Majorany. Te specjalne cząstki mogą pojawić się w topologiach wytwarzających substancję o nadprzewodnictwie topologicznym. Według [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov] badanie właściwości transportowych normalnych złączy metal/izolator ferromagnetyczny/nadprzewodnik pokazuje, że powstają chiralne mody Majorany, na które duży wpływ może mieć kierunek namagnesowania.

Odkrycia te mają nie tylko zastosowania praktyczne, ale także głębsze implikacje teoretyczne dla podstaw mechaniki kwantowej. Zdolność do tworzenia i kontrolowania nowych faz materii może umożliwić przełomowy postęp w informatyce kwantowej.

Niedawnym przykładem praktycznego zastosowania fermionów Majorany i izolatorów topologicznych jest zapowiedź Microsoftu Majorana 1, pierwszego na świecie procesora kwantowego opartego na topologicznej architekturze rdzenia. Według [azure.microsoft.com] Majorana 1 została zaprojektowana tak, aby można ją było skalować do miliona kubitów w jednym chipie. Technologia ta może sprawić, że w nadchodzących latach komputery kwantowe staną się standardowym narzędziem w materiałoznawstwie, rolnictwie i odkryciach chemicznych.

Obecne postępy w informatyce kwantowej mogą zmienić sposób, w jaki przetwarzamy informacje i mieć znaczący wpływ na wiele dziedzin nauki. Droga do rozwoju komputerów kwantowych nowej generacji będzie zatem w decydujący sposób kształtowana przez wyniki takie jak te z Uniwersytetu w Kolonii.