Genombrott i Köln: Supraledande nanotrådar främjar kvantdatorer!

Genombrott i Köln: Supraledande nanotrådar främjar kvantdatorer!

Fysiker vid universitetet i Köln har gjort betydande framsteg inom området kvantberäkningsteknik. De upptäckte en supraledande effekt i nanotrådar gjorda av topologiska isolatorer. Dessa resultat publicerades i tidskriften "Nature Physics" och representerar ett viktigt steg i utvecklingen av mer stabila kvantbitar (qubits). Studien har titeln "Långdistans korsad Andreev-reflektion i topologiska isolatornanotrådar nära en supraledare", som [uni-koeln.de] rapporterar.

Den avgörande upptäckten av Crossed Andreev Reflection (CAR) i nanotrådarna kan lägga grunden för framtida kvantdatorer. Denna reflektion är en kvanteffekt där injicerade elektroner i nanotrådarna kopplas ihop med andra elektroner för att bilda supraledande Cooper-par. I denna studie utvecklades ett innovativt tillvägagångssätt för tillverkning av nanotrådar som leder till renare strukturer, vilket är avgörande för att inducera supraledande korrelationer i topologiska isolatorer.

Nyckelresultat och framtida steg

Under ledning av Dr Junya Feng och professor Dr Yoichi Andos forskning visar ett lovande perspektiv på att använda Majorana-fermioner för att utveckla robusta kvantbitar. Nuvarande qubit-teknologier är ofta instabila och felbenägna, men förmågan att skapa speciella kvanttillstånd kan inleda ett paradigmskifte inom kvantberäkningsteknik. Forskarnas nästa steg är att observera och kontrollera Majorana-fermioner i dessa system.

Samarbetet med University of Basel och Cluster of Excellence "Matter and Light for Quantum Information" (ML4Q) är avgörande. ML4Q grundades 2019 och samlar forskare från universiteten i Köln, Aachen, Bonn och forskningscentret Jülich. Ett huvudmål för konsortiet är forskning inom området kvantberäkning och utveckling av ny kvanthårdvara och mjukvara.

Topologiska isolatorer och deras betydelse

Topologiska isolatorer (TI) spelar en central roll i kvantberäkningsteknik. De är avsedda som grund för konstruktionen av stabila qubits, särskilt genom generering av Majorana-fermioner. Dessa speciella partiklar kan förekomma i topologier som producerar ett ämne med topologisk supraledning. Enligt [pubmed.ncbi.nlm.nih.gov] visar undersökningen av transportegenskaperna hos normala metall/ferromagnetiska isolator/supraledare-övergångar att kirala Majorana-moder uppstår som kan påverkas starkt av magnetiseringsriktningen.

Dessa upptäckter har inte bara praktiska tillämpningar, utan också djupare teoretiska implikationer för grunderna för kvantmekaniken. Förmågan att skapa och kontrollera nya faser av materia skulle kunna möjliggöra banbrytande framsteg inom kvantberäkning.

Ett färskt exempel på praktiska tillämpningar av Majorana-fermioner och topologiska isolatorer är Microsofts tillkännagivande av Majorana 1, världens första kvantprocessor baserad på en topologisk kärnarkitektur. Enligt [azure.microsoft.com] är Majorana 1 designad för att vara skalbar till upp till en miljon qubits på ett enda chip. Denna teknik kan leda till att kvantdatorer blir ett standardverktyg inom materialvetenskap, jordbruk och kemisk upptäckt under de kommande åren.

Aktuella framsteg inom kvantberäkning kan förändra hur vi bearbetar information och få betydande effekter på många vetenskapsområden. Vägen till utvecklingen av nästa generations kvantdatorer kommer därför att vara avgörande av resultat som de från Kölns universitet.