Onderzoekers van het Microsoft Quantum Materials Lab en de Universiteit van Kopenhagen, nauw samenwerken, zijn erin geslaagd een belangrijk en veelbelovend materiaal te realiseren voor gebruik in een toekomstige kwantumcomputer. Voor dit doel, de onderzoekers moeten materialen maken die de delicate kwantuminformatie bevatten en beschermen tegen decoherentie.

De zogenaamde topologische toestanden lijken deze belofte in te houden, maar een van de uitdagingen was dat er een groot magnetisch veld moest worden aangelegd. Met het nieuwe materiaal het is mogelijk geworden om topologische toestanden te realiseren zonder het magnetische veld. "Het resultaat is een van de vele nieuwe ontwikkelingen die nodig zijn voordat een echte kwantumcomputer wordt gerealiseerd, maar gaandeweg een beter begrip van hoe kwantumsystemen werken, en kan worden toegepast op de geneeskunde, katalysatoren of materialen, zullen enkele van de positieve bijwerkingen van dit onderzoek zijn, " Professor Charles Marcus legt uit. Het wetenschappelijke artikel is nu gepubliceerd in Natuurfysica

Topologische toestanden zijn veelbelovend, maar er zijn onderweg veel uitdagingen

Topologische toestanden in systemen van gecondenseerde materie hebben het afgelopen decennium enorme opwinding en activiteit gegenereerd, waaronder de Nobelprijs voor de Natuurkunde 2016. Er is een natuurlijke fouttolerantie van de zogenaamde Majorana-nulmodi, wat topologische toestanden bij uitstek geschikt maakt voor kwantumcomputers. Maar de vooruitgang bij het realiseren van topologische Majorana-nulmodi werd belemmerd door de vereiste van grote magnetische velden om de topologische fase te induceren, wat kosten met zich meebrengt:het systeem moet worden bediend in de boring van een grote magneet, en elk topologisch segment moet precies in de richting van het veld worden uitgelijnd.

De nieuwe resultaten rapporteren een belangrijke signatuur van topologische supergeleiding, maar nu in afwezigheid van een aangelegd magnetisch veld. Een dunne laag van het materiaal europiumsulfide (EuS), waarvan het interne magnetisme van nature uitgelijnd is met de as van de nanodraad en een effectief magnetisch veld induceert (meer dan tienduizend keer sterker dan het aardmagnetisch veld) in de supergeleider- en halfgeleidercomponenten, lijkt voldoende om de topologische supergeleidende fase te induceren.

Professor Charles Marcus legt de vooruitgang op deze manier uit:"De combinatie van drie componenten in een enkel kristal - halfgeleider, supergeleider, ferromagnetische isolator - een drievoudige hybride - is nieuw. Het is geweldig nieuws dat het bij lage temperatuur een topologische supergeleider vormt. Dit geeft ons een nieuwe weg naar het maken van componenten voor topologische kwantumcomputers, en geeft natuurkundigen een nieuw fysiek systeem om te verkennen."

De nieuwe resultaten zullen binnenkort worden toegepast op de engineering van de qubit

De volgende stap zal zijn om deze resultaten toe te passen om dichter bij het realiseren van de daadwerkelijk werkende qubit te komen. Tot nu toe hebben de onderzoekers aan de fysica gewerkt en nu staan ​​ze op het punt om een ​​echt apparaat te ontwerpen. Dit apparaat, de qubit, is in wezen voor een kwantumcomputer wat de transistor is voor de gewone computer die we tegenwoordig kennen. Het is de eenheid die de berekeningen uitvoert, maar hier houdt de vergelijking op. Het potentieel voor de prestaties van een kwantumcomputer is zo groot dat we ons de mogelijkheden tegenwoordig niet eens meer kunnen voorstellen.