Natuurkundigen van de Universiteit van Uppsala in Zweden hebben vastgesteld hoe ze onderscheid kunnen maken tussen echte en 'nep' Majorana-staten in een van de meest gebruikte experimentele opstellingen, door middel van superstroommetingen. Deze theoretische studie is een cruciale stap voor het bevorderen van het veld van topologische supergeleiders en toepassingen van Majorana-toestanden voor robuuste kwantumcomputers. Nieuwe experimenten die deze aanpak testen, worden hierna verwacht.

Majorana-toestanden bestaan ​​als nul-energietoestanden aan de uiteinden van topologische supergeleiders (een speciaal type supergeleiders, materialen die zonder weerstand geleiden wanneer ze dicht bij het absolute nulpunt worden gekoeld), waar lage-energietoestanden robuust zijn tegen defecten. Majorana-staten hebben exotische eigenschappen waardoor ze veelbelovende kandidaten zijn als qubits voor fouttolerante kwantumcomputers. Echter, in experimenten kunnen ook triviale nul-energietoestanden voorkomen die Majorana-toestanden nabootsen. De moeilijkheid om de ware en deze 'nep' Majorana's uit elkaar te houden, is een probleem dat de experimentele vooruitgang op dit onderzoeksgebied heeft belemmerd en een doorn in het oog is geweest van experts.

Een oplossing voor dit probleem is voorgesteld in een recent onderzoek door de groep van Annica Black-Schaffer. De auteurs simuleerden het hele systeem van een van de meest voorkomende experimentele opstellingen die worden gebruikt bij het ontwerpen van topologische supergeleiders zo nauwkeurig mogelijk en legden de belangrijkste effecten van alle componenten vast. Door de superstroom (de stroom in supergeleiders) tussen twee geconstrueerde supergeleiders te onderzoeken, ze ontdekten dat er een tekenomkering is in de superstroom vanwege de triviale 'nep' Majorana-toestand onder toepassing van een magnetisch veld, terwijl een dergelijke tekenomkering niet wordt geproduceerd door echte Majorana-staten. Ze concludeerden vervolgens dat superstromen een krachtig hulpmiddel bieden voor het ondubbelzinnige onderscheid tussen triviale toestanden en topologische Majorana-toestanden.

"Deze studie helpt en motiveert experimentatoren bij de juiste identificatie van topologische Majorana's door gebruik te maken van superstroommetingen. Onze studie toont aan dat we meer exacte modellering moeten uitvoeren, " zegt Jorge Cayao, postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Uppsala.

"Het is cruciaal dat we er zeker van zijn dat we daadwerkelijk Majorana-toestanden hebben ontwikkeld en niet enkele triviale toestanden. Deze studie presenteert een manier om dat te bereiken door middel van superstroommetingen, " zegt Oladunjoye Awoga, doctoraat student aan de Universiteit van Uppsala.