Quantumcomputers zullen aanzienlijk meer informatie tegelijk verwerken in vergelijking met de huidige computers. Maar de bouwstenen die deze informatie bevatten – kwantumbits, of "qubits" - zijn veel te gevoelig voor hun omgeving om nu goed genoeg te werken om een ​​praktische kwantumcomputer te bouwen.

Om een ​​lang verhaal kort te maken, qubits hebben een beter immuunsysteem nodig voordat ze kunnen opgroeien.

Een nieuw materiaal, ontwikkeld door Purdue University-onderzoekers in een dunne strook is een stap dichter bij het "immuniseren" van qubits tegen ruis, zoals warmte en andere onderdelen van een computer, dat interfereert met hoe goed ze informatie vasthouden. Het werk verschijnt in Fysieke beoordelingsbrieven .

De dunne strook, genaamd een "nanolint, " is een versie van een materiaal dat elektrische stroom geleidt aan het oppervlak maar niet aan de binnenkant - een "topologische isolator" genoemd - met twee supergeleidende elektrische draden om een ​​apparaat te vormen dat een "Josephson-junctie" wordt genoemd.

In een kwantumcomputer een qubit "verstrengelt" met andere qubits. Dit betekent dat het lezen van de kwantuminformatie van de ene qubit automatisch het resultaat van een andere beïnvloedt, hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn.

Zonder verstrikking, de snelle berekeningen die quantum computing onderscheiden, kunnen niet plaatsvinden. Maar verstrengeling en het kwantumkarakter van de qubits zijn ook gevoelig voor ruis, dus ze hebben extra bescherming nodig.

Een Josephson-junctie-apparaat met topologisch isolator nanoribbon is een van de vele opties die onderzoekers hebben onderzocht voor het bouwen van veerkrachtiger qubits. Deze veerkracht kan afkomstig zijn van speciale eigenschappen die worden gecreëerd door een superstroom op het oppervlak van een topologische isolator te geleiden, waar de spin van een elektron is vergrendeld aan momentum.

Het probleem tot nu toe is dat een superstroom de neiging heeft om in topologische isolatoren te lekken, voorkomen dat het volledig op het oppervlak stroomt.

Om veerkrachtiger te worden, topologische qubits hebben superstromen nodig om door de oppervlaktekanalen van topologische isolatoren te stromen.

"We hebben een materiaal ontwikkeld dat echt schoon is, in die zin dat er geen geleidende toestanden zijn in het grootste deel van de topologische isolator, " zei Yong Chen, een Purdue-hoogleraar natuurkunde en astronomie en elektrische en computertechniek, en de directeur van het Purdue Quantum Science and Engineering Institute. "Supergeleiding aan het oppervlak is de eerste stap voor het bouwen van deze topologische kwantumcomputerapparatuur op basis van topologische isolatoren."

Morteza Kayyalha, een voormalig Ph.D. student in Chen's lab, zou kunnen aantonen dat de superstroom zich helemaal rond de nieuwe topologische isolator nanoribbon wikkelt bij temperaturen die 20 procent lager zijn dan de "kritische temperatuur, " wanneer de kruising supergeleidend wordt. Het experiment werd uitgevoerd in samenwerking met het laboratorium van Leonid Rokhinson, een Purdue hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde.

"Het is bekend dat als de temperatuur daalt, de supergeleiding wordt verbeterd, " zei Chen. "Het feit dat er veel meer superstroom stroomde bij nog lagere temperaturen voor ons apparaat was het bewijs dat het rond deze beschermende oppervlakken stroomt."