In Natuur vandaag een internationaal team van onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven, Technische Universiteit Delft en de Universiteit van Californië - Santa Barbara presenteert een geavanceerde kwantumchip die definitief bewijs zal kunnen leveren van de mysterieuze Majorana-deeltjes. Deze deeltjes, voor het eerst gedemonstreerd in 2012, zijn tegelijkertijd hun eigen antideeltje. de chip, die bestaat uit ultradunne netwerken van nanodraden in de vorm van 'hashtags', heeft alle kwaliteiten om Majorana-deeltjes van plaats te laten wisselen. Deze functie wordt beschouwd als het rokende pistool om hun bestaan ​​​​te bewijzen en is een cruciale stap in de richting van hun gebruik als bouwsteen voor toekomstige kwantumcomputers.

In 2012 was het groot nieuws:onderzoekers van de Technische Universiteit Delft en de Technische Universiteit Eindhoven presenteerden de eerste experimentele handtekeningen voor het bestaan ​​van het Majorana-fermion. Dit deeltje was in 1937 voorspeld door de Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana en heeft de kenmerkende eigenschap dat het ook zijn eigen antideeltje is. De Majorana-deeltjes komen tevoorschijn aan de uiteinden van een halfgeleiderdraad, wanneer ze in contact komen met een supergeleidend materiaal.

roken pistool

Hoewel de ontdekte deeltjes eigenschappen kunnen hebben die typisch zijn voor Majoranas, het meest opwindende bewijs kan worden verkregen door twee Majorana-deeltjes van plaats te laten wisselen, of 'vlecht' zoals het wetenschappelijk bekend is. "Dat is het rokende pistool, " stelt Erik Bakkers voor, een van de onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven. "Het gedrag dat we dan zien, zou het meest overtuigende bewijs tot nu toe van Majoranas kunnen zijn."

kruispunt

In de Natuur krant die vandaag wordt gepubliceerd, Bakkers en zijn collega's presenteren een nieuw apparaat dat deze uitwisseling van Majorana's moet kunnen laten zien. In het oorspronkelijke experiment in 2012 werden twee Majorana-deeltjes gevonden in een enkele draad, maar ze konden elkaar niet passeren zonder de andere onmiddellijk te vernietigen. De onderzoekers moesten dus letterlijk ruimte creëren. In het gepresenteerde experiment vormden ze kruispunten met dezelfde soorten nanodraad, zodat vier van deze kruispunten een 'hashtag' vormen, #, en zo een gesloten circuit creëren waarlangs Majorana's kunnen bewegen.

Ets en groei

De onderzoekers bouwden hun hashtag-apparaat helemaal opnieuw. De nanodraden worden gekweekt uit een speciaal geëtst substraat zodat ze precies het gewenste netwerk vormen dat ze vervolgens blootstellen aan een stroom aluminiumdeeltjes, het maken van lagen aluminium, een supergeleider, op specifieke plekken op de draden - de contacten waar de Majorana-deeltjes tevoorschijn komen. Plekken die 'in de schaduw' van andere draden liggen, blijven onbedekt.

Stap in kwaliteit

Het hele proces gebeurt in een vacuüm en bij ultrakoude temperatuur (ongeveer -273 graden Celsius). "Dit zorgt voor een zeer schone, pure contacten, " zegt Bakkers, "en stelt ons in staat een flinke sprong voorwaarts te maken in de kwaliteit van dit soort kwantumapparaat." De metingen tonen voor een aantal elektronische en magnetische eigenschappen aan dat alle ingrediënten aanwezig zijn om de Majorana's te vlechten.

Quantumcomputers

Als de onderzoekers erin slagen de Majorana-deeltjes te laten vlechten, ze zullen in één klap twee vliegen in één klap hebben geslagen. Gezien hun robuustheid, Majorana's worden gezien als de ideale bouwsteen voor toekomstige kwantumcomputers die veel berekeningen tegelijk zullen kunnen uitvoeren en dus vele malen sneller dan de huidige computers. Het vlechten van twee Majorana-deeltjes zou de basis kunnen vormen voor een qubit, de rekeneenheid van deze computers.

Reis rond de wereld

Een interessant detail is dat de monsters tijdens de fabricage de hele wereld hebben rondgereisd, het combineren van unieke en synergetische activiteiten van elke onderzoeksinstelling. Het begon in Delft met het patroontekenen en etsen van de ondergrond, vervolgens naar Eindhoven voor nanodraadgroei en naar Santa Barbara voor aluminiumcontactvorming. Eindelijk terug naar Delft via Eindhoven voor de metingen.