Prelom v Kolíne: Supravodivé nanodrôty podporujú kvantové počítače!

Prelom v Kolíne: Supravodivé nanodrôty podporujú kvantové počítače!

Fyzici na univerzite v Kolíne nad Rýnom dosiahli výrazný pokrok v oblasti kvantovej výpočtovej techniky. V nanodrôtoch vyrobených z topologických izolátorov objavili supravodivý efekt. Tieto výsledky boli publikované v časopise „Nature Physics“ a predstavujú dôležitý krok vo vývoji stabilnejších kvantových bitov (qubitov). Štúdia má názov „Dlhý dosah prekrížený Andreevov odraz v topologických izolačných nanodrôtoch v blízkosti supravodiča“, ako uvádza [uni-koeln.de].

Rozhodujúca detekcia Crossed Andreev Reflection (CAR) v nanodrôtoch by mohla položiť základy budúcich kvantových počítačov. Tento odraz je kvantový efekt, pri ktorom sa vstrekované elektróny v nanovláknoch spájajú s inými elektrónmi a vytvárajú supravodivé Cooperove páry. V tejto štúdii bol vyvinutý inovatívny prístup k výrobe nanodrôtov, ktorý vedie k čistejším štruktúram, čo je kľúčové pre vyvolanie supravodivých korelácií v topologických izolátoroch.

Kľúčové výsledky a budúce kroky

Výskum pod vedením Dr. Junya Feng a profesora Dr. Yoichi Ando ukazuje sľubnú perspektívu použitia fermiónov Majorana na vývoj robustných kvantových bitov. Súčasné qubitové technológie sú často nestabilné a náchylné na chyby, ale schopnosť vytvárať špeciálne kvantové stavy by mohla znamenať zmenu paradigmy v kvantovej výpočtovej technológii. Ďalším krokom vedcov je pozorovanie a kontrola fermiónov Majorana v týchto systémoch.

Spolupráca s Bazilejskou univerzitou a klastrom excelentnosti „Matter and Light for Quantum Information“ (ML4Q) je kľúčová. ML4Q bola založená v roku 2019 a spája vedcov z univerzít v Kolíne nad Rýnom, Aachene, Bonne a Výskumného centra Jülich. Hlavným cieľom konzorcia je výskum v oblasti kvantových výpočtov a vývoj nového kvantového hardvéru a softvéru.

Topologické izolanty a ich význam

Topologické izolátory (TI) hrajú ústrednú úlohu v kvantovej výpočtovej technike. Sú určené ako základ pre konštrukciu stabilných qubitov, najmä prostredníctvom generovania fermiónov Majorana. Tieto špeciálne častice by sa mohli objaviť v topológiách, ktoré produkujú látku s topologickou supravodivosťou. Podľa [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov] skúmanie transportných vlastností normálnych spojov kov/feromagnetický izolátor/supravodič ukazuje, že vznikajú chirálne módy Majorana, ktoré môžu byť silne ovplyvnené smerom magnetizácie.

Tieto objavy majú nielen praktické využitie, ale aj hlbšie teoretické dôsledky pre základy kvantovej mechaniky. Schopnosť vytvárať a kontrolovať nové fázy hmoty by mohla umožniť prelomový pokrok v kvantovej výpočtovej technike.

Nedávnym príkladom praktických aplikácií fermiónov a topologických izolátorov Majorana je oznámenie spoločnosti Microsoft o Majorana 1, prvom kvantovom procesore na svete založenom na architektúre topologického jadra. Podľa [azure.microsoft.com] je Majorana 1 navrhnutá tak, aby bola škálovateľná až na milión qubitov na jednom čipe. Táto technológia by mohla v nadchádzajúcich rokoch viesť k tomu, že sa kvantové počítače stanú štandardným nástrojom vo vede o materiáloch, poľnohospodárstve a chemických objavoch.

Súčasný pokrok v kvantovej výpočtovej technike by mohol zmeniť spôsob, akým spracovávame informácie, a mať významný vplyv na mnohé oblasti vedy. Cesta k vývoju kvantových počítačov novej generácie bude preto rozhodujúcou mierou formovaná výsledkami, akými sú napríklad výsledky kolínskej univerzity.