Gazibegović, doctoraat kandidaat in de groep van prof. Erik Bakkers van de afdeling Technische Natuurkunde, ontwikkelde een apparaat gemaakt van ultradunne netwerken van nanodraden in de vorm van 'hashtags'. Met dit apparaat kunnen paren Majorana-deeltjes van positie wisselen en de opgetreden veranderingen bijhouden, in een fenomeen dat bekend staat als 'vlechten'. Deze gebeurtenis wordt beschouwd als een treffend bewijs van het bestaan ​​van Majorana-deeltjes, en het is een cruciale stap in de richting van hun gebruik als bouwstenen voor de ontwikkeling van kwantumcomputers. Met twee Natuur publicaties in haar zak, Gazibegović is klaar om haar Ph.D. proefschrift op 10 mei.

1937, de Italiaanse theoretisch natuurkundige Ettore Majorana veronderstelde het bestaan ​​van een uniek deeltje dat zijn eigen antideeltje is. Dit deeltje, ook wel aangeduid als een "Majorana fermion, " kan ook bestaan ​​als een "quasideeltje, " een collectief fenomeen dat zich gedraagt ​​als een individueel deeltje, zoals in golven die zich op het water vormen. Het water zelf blijft op dezelfde plaats, maar de golf kan "reizen" op het oppervlak, alsof het een enkel deeltje in beweging is. Voor vele jaren, natuurkundigen hebben zonder succes geprobeerd het Majorana-deeltje te vinden. Nog, in het laatste decennium, Wetenschappers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een grote sprong voorwaarts gemaakt in het bewijzen van het bestaan ​​van Majorana-deeltjes, mede dankzij het onderzoek van Gazibegović en haar samenwerking met de Universiteit van Delft, Philips Research en de Universiteit van Californië - Santa Barbara.

Bouwstenen van kwantumcomputers

Majorana-deeltjes zijn lange tijd de "heilige graal" geweest voor deeltjesfysici, ook voor hun potentiële gebruik als kwantumbits, of "qubits, " de basisbouwstenen van kwantumcomputers. In plaats van de 1 of 0-bits van gewone computers, qubits kunnen tegelijkertijd 1 en 0 zijn. Verzamelingen van qubits kunnen worden gebruikt om meerdere berekeningen tegelijk uit te voeren, die kwantumcomputers maakt, op papier, veel sneller dan gewone computers.

In werkelijkheid, daten, het maken van goed werkende qubits is duivels moeilijk gebleven. Vóór het bewijs van het bestaan ​​van Majorana-deeltjes, onderzoekers gebruikten andere deeltjes op atomaire schaal als qubits. Nog, deze deeltjes bleken gevoelig en kwetsbaar, en, als resultaat, de kwantuminformatie vervaagde meestal binnen fracties van seconden. In dit opzicht, Majorana-deeltjes vormen nog steeds de veelbelovende bouwsteen vanwege één specifieke eigenschap:hun inherente stabiliteit.

Vlechten, dus stabiliteit

De stabiliteit van Majorana-deeltjes kan worden toegeschreven aan een speciaal fenomeen dat 'vlechten' wordt genoemd. Wanneer twee Majorana-deeltjes twee keer van positie wisselen - van een startconfiguratie naar een nieuwe, en dan terug naar het begin - de twee deeltjes zullen verstrengelen en stabiliteit krijgen, vergelijkbaar met twee losse uiteinden van een strip die, bij twee keer verwisselen, zijn gevlochten (FIG.1A).

Hashtags

Om Majorana-deeltjes te genereren, Gazibegović ontwikkelde eerst de zogenaamde topologische supergeleiders, nanodraden gemaakt van indiumfosfide (InP) met een laag supergeleider erop (Fig.1B).

Wanneer een magnetisch veld wordt toegepast op de topologische supergeleider, Majorana-deeltjes komen tevoorschijn aan de uiteinden van het apparaat. Reeksen topologische supergeleiders werden vervolgens gekweekt uit een speciaal geëtst substraat (Fig.1C, Fig.2) in de vorm van hashtags (Fig.1D, Figuur 2), zodat elke hashtag vier Majorana-deeltjes zou kunnen produceren, één bij elk snijpunt.

Gladdere interfaces, betere kwaliteit

"Een van de onvervulde uitdagingen op dit gebied, " legt Gazibegović uit, "is het verbeteren van de kwaliteit van de interface tussen de halfgeleider en de supergeleider. Ruwheid die op deze interface wordt geïntroduceerd, kan inderdaad de eigenschappen van de Majorana-toestand vernietigen." Om dit probleem op te lossen, Gazibegović en haar collega's fabriceerden de topologische supergeleiders onder ultrahoog vacuüm, die hen beschermde tegen blootstelling aan chemische etsmiddelen en de fabricage van apparaten met "ongekende kwaliteit" mogelijk maakte.

Over de hele wereld

Het bouwen van deze apparaten bleek een levensechte ervaring voor Gazibegović, tijdens en buiten de werkuren. In de afgelopen jaren, Gazibegović heeft kilometers gemaakt en meerdere keren de oceaan overgestoken, samen met haar nano-hashtags.

"De substraten zijn in Delft gefabriceerd, " ze legt uit, "en ze moesten toen in Eindhoven worden overgeplaatst voor de volgende stap, het groeien van de nano-hashtags. Eenmaal klaar, ze zouden dan worden geassembleerd tot topologische supergeleiders in Santa Barbara, in Californië."

Computer kracht

Gazibegović:"Dit proefschrift bevat nieuwe inzichten over de groeimechanismen van nanodraden, evenals ontwerpprincipes om complexe geometrieën te creëren." Deze doorbraken in de materiaalwetenschap hebben al geleid tot een verbeterde Majorana-apparaatkwaliteit, en ongekende mogelijkheden bieden voor kwantumtechnologie en haar toepassingen.

"Onderzoekers, " vervolgt Gazibegović, "heeft decennialang de effecten van verschillende medicijnen op een aantal ziekten vergeleken. Dit proces kan aanzienlijk worden verkort met kwantumcomputers die voldoende rekenkracht hebben om zich een voorstelling te maken, in een keer, alle mogelijke uitkomsten."