Met hun ongevoeligheid voor decoherentie, Majorana-deeltjes kunnen stabiele bouwstenen van kwantumcomputers worden. Het probleem is dat ze alleen onder zeer speciale omstandigheden voorkomen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Chalmers University of Technology zijn erin geslaagd een onderdeel te maken dat de gewilde deeltjes kan bevatten.

Onderzoekers over de hele wereld worstelen met het bouwen van kwantumcomputers. Een van de grote uitdagingen is het overwinnen van de gevoeligheid van kwantumsystemen voor decoherentie, de ineenstorting van superposities. Een spoor binnen het kwantumcomputeronderzoek is daarom gebruik te maken van Majorana-deeltjes, die ook Majorana-fermionen worden genoemd. Microsoft, onder andere organisaties, onderzoekt dit type kwantumcomputer.

Majorana-fermionen zijn zeer originele deeltjes, heel anders dan die waaruit de materialen om ons heen bestaan. In sterk vereenvoudigde termen, ze kunnen worden gezien als half-elektron. In een kwantumcomputer het idee is om informatie te coderen in een paar Majorana-fermionen gescheiden in het materiaal, die zou moeten, in principe, maken de berekeningen immuun voor decoherentie.

Dus waar vind je Majorana-fermionen? In vaste stof materialen, ze lijken alleen voor te komen in wat bekend staat als topologische supergeleiders. Maar een onderzoeksteam van de Chalmers University of Technology is nu een van de eersten ter wereld die meldt dat ze daadwerkelijk een topologische supergeleider hebben gemaakt.

"Onze experimentele resultaten zijn consistent met topologische supergeleiding, " zegt Floriana Lombardi, professor aan het Quantum Device Physics Laboratory in Chalmers.

Om hun onconventionele supergeleider te creëren, ze begonnen met wat een topologische isolator wordt genoemd, gemaakt van bismuttelluride, Bi ₂ Te ₃ . Een topologische isolator geleidt op een heel bijzondere manier stroom aan het oppervlak. De onderzoekers plaatsten een laagje aluminium, een conventionele supergeleider, bovenop, die bij lage temperaturen geheel weerstandsloos stroom geleidt.

"Het supergeleidende elektronenpaar lekt dan in de topologische isolator, die ook supergeleidend wordt, " legt Thilo Bauch uit, universitair hoofddocent in de fysica van kwantumapparaten.

Echter, de eerste metingen gaven allemaal aan dat ze alleen standaard supergeleiding hadden geïnduceerd in de Bi ₂ Te ₃ topologische isolator. Maar toen ze het onderdeel later weer afkoelden, om routinematig enkele metingen te herhalen, de situatie veranderde plotseling - de kenmerken van de supergeleidende elektronenparen varieerden in verschillende richtingen.

"En dat is helemaal niet compatibel met conventionele supergeleiding. Er gebeurden onverwachte en opwindende dingen, ', zegt Lombardije.

In tegenstelling tot andere onderzoeksteams, Lombardi's team gebruikte platina om de topologische isolator met het aluminium te monteren. Herhaalde afkoelcycli gaven aanleiding tot spanningen in het materiaal, waardoor de supergeleiding zijn eigenschappen veranderde. Na een intensieve periode van analyses, de onderzoekers stelden vast dat ze er waarschijnlijk in waren geslaagd een topologische supergeleider te maken.

"Voor praktische toepassingen, het materiaal is vooral interessant voor diegenen die een topologische kwantumcomputer proberen te bouwen. We willen de nieuwe natuurkunde onderzoeken die verborgen is in topologische supergeleiders - dit is een nieuw hoofdstuk in de natuurkunde, ' zegt Lombardi.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie in een studie met de titel "Geïnduceerde onconventionele supergeleiding op de oppervlaktetoestanden van Bi ₂ Te ₃ topologische isolator."