Tema

Ett steg på väg mot framtidens kvantdatorer

Majoranapartiklar är en slags halva elektroner. Nu har Uppsalafysiker kommit fram till hur man skilja mellan äkta och falska majoranatillstånd. Det innebär ett stort steg för utvecklingen av supraledare och avancerade kvantdatorer.

Så kallade majoranafermioner kan beskrivas som exotiska partiklar i form av halva elektroner, som därmed skiljer sig åt från partiklar som bygger upp de material vi har omkring oss. Detta gör dem lovande för att kunna lagra information i form av kvantbitar i robusta kvantdatorer.

Kvantdatorn är en dator som använder kvantmekanik för att utföra beräkningar och lösa problem.
En klassisk dator består i princip av två komponenter: en logisk enhet och ett minne. Den logiska enheten kan skriva och läsa nollor och ettor till och från minnet som antar endera av två specifika lägen, 0 eller 1.
Kvantdatorn består i princip av ett enda minnesregister och alla operationer utförs direkt på minnet.
För generella matematiska beräkningar är kvantdatorer inte snabbare än dagens datorer. Däremot är kvantdatorn överlägsen i vissa speciella fall där beräkningen kan utnyttja kvantmekaniska egenskaper, till exempel för att beräkna materiens egenskaper på mikroskopisk nivå.
Källa: Wikipedia

Hitintills har det dock varit svårt att kunna identifiera äkta majoranatillstånd vid experimentella mätningar, då det även har förekommit så kallade ”falska” majoranatillstånd, som uppträtt på liknande sätt.

Superströmmar kan skilja på äkta och falska majoranatillstånd

En lösning på problemet att kunna skilja de äkta majoranatillstånden från de falska har nu föreslagits av professor Annica Black-Schaffers forskargrupp vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet. Genom att simulera en av de vanligaste experimentuppställningarna för topologiska supraledare, det vill säga sådan där egenskapen inte förändras även om formen förändras, skapade de en så kallad superström (ström i supraledare). Då observerade de en riktningsförändring av strömmen för det falska majornatillståndet. En sådan skillnad kunde inte observeras för det äkta majornatillståndet. Utifrån simuleringarna kunde de alltså dra slutsatsen att just superströmmar är viktiga för att kunna skilja mellan äkta, så kallade topologiska, och falska majoranatillstånd.

– Den här forskningen kan bidra till att identifiera topologiska majoranatillstånd genom att genomföra supraledande mätningar. Våra resultat visar också på att vi behöver genomföra mer exakta modelleringar, säger Jorge Cayao, postdoktor vid Uppsala universitet.

– Det är viktigt att vi kan avgöra att vi faktiskt har skapat topologiska majoranatillstånd och inte några triviala tillstånd. Den här studien visar att ett sätt att göra detta på är genom superströmmätningar, säger Oladunjoye Awoga, doktorand vid Uppsala universitet.

Vetenskaplig artikel:

Oladunjoye A. Awoga, Jorge Cayao, Annica M. Black-Schaffer: Supercurrent Detection of Topologically Trivial Zero-Energy States in Nanowire Junctions; Physical Review Letters; Phys. Rev. Lett. 123, 117001 – Published 12 September 2019

Kontakt:

Jorge Cayao, postdoktor vid institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet,
jorge.cayao@physics.uu.se
Annica Black-Schaffer, professor vid institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet, annica.black-schaffer@physics.uu.se

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Ett steg på väg mot framtidens kvantdatorer

 lästid ~ 2 min