Onderzoekers van de Universiteit van Kopenhagen, in samenwerking met Microsoft Quantum-onderzoekers, hebben een potloodvormige halfgeleider met een diameter van slechts een paar honderd nanometer gebruikt om een ​​nieuwe route naar topologische supergeleiding en Majorana-nulmodi te ontdekken. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Wetenschap .

De nieuwe route die de onderzoekers ontdekten, maakt gebruik van de fasewikkeling rond de omtrek van een cilindrische supergeleider die een halfgeleider omringt, een aanpak die ze een conceptuele doorbraak noemen.

"Het resultaat kan een bruikbare route zijn naar het gebruik van Majorana-nulmodi als basis van beschermde qubits voor kwantuminformatie. We weten niet of deze draden zelf nuttig zullen zijn, of als alleen de ideeën nuttig zijn, " zegt Charles Marcus, Villum Kann Rasmussen Professor aan het Niels Bohr Institute en wetenschappelijk directeur van Microsoft Quantum Lab in Kopenhagen.

Wat ze melden lijkt een veel eenvoudigere manier te zijn om Majorana-nulmodi te maken, waarin ze kunnen worden in- en uitgeschakeld, volgens postdoctoraal onderzoeker Saulius Vaitiekenas, wie was de leidende experimentator op de studie.

Twee bekende ideeën gecombineerd

Het nieuwe onderzoek voegt twee reeds bekende ideeën samen die worden gebruikt in de wereld van de kwantummechanica:op vortex gebaseerde topologische supergeleiders en eendimensionale topologische supergeleiding in nanodraden.

"De betekenis van dit resultaat is dat het verschillende benaderingen verenigt voor het begrijpen en creëren van topologische supergeleiding en Majorana-nulmodi, " zegt professor Karsten Flensberg, directeur van het Center for Quantum Devices.

De bevindingen kunnen worden omschreven als een uitbreiding van het Little-Parks-effect, 50 jaar geleden ontdekt door natuurkundigen. In het Little-Parks-effect, een supergeleider in de vorm van een cilindrische schaal past zich aan een extern magnetisch veld aan, de cilinder inrijgen door naar een "vortextoestand" te springen waarin de kwantumgolffunctie rond de cilinder een draaiing van zijn fase draagt.

De onderzoekers hadden een speciaal soort materiaal nodig dat halfgeleider nanodraden en supergeleidend aluminium combineerde. Die materialen zijn in de loop van een paar jaar ontwikkeld in het Center for Quantum Devices. Opmerkelijk, de supergeleidende schil omringt de halfgeleider in deze draden volledig. Ze werden gekweekt door professor Peter Krogstrup, ook bij het Center for Quantum Devices en wetenschappelijk directeur van het Microsoft Quantum Materials Lab in Lyngby.

"Onze motivatie om hier naar te kijken was in de eerste plaats dat het interessant leek en we niet wisten wat er zou gebeuren. " zegt Charles Marcus over de experimentele ontdekking, die theoretisch werd bevestigd in dezelfde publicatie. Niettemin, het idee kan wijzen op een pad voorwaarts voor quantum computing.