Een team natuurkundigen van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) heeft onlangs een exotische gelaagde supergeleider, reniumdiboride (ReB2), overgehaald om zeer ongebruikelijke kwantumeigenschappen te vertonen die aanzienlijke implicaties kunnen hebben voor de toekomst van kwantumcomputers. Door een extreme druk uit te oefenen die 5 miljoen keer groter is dan die op het aardoppervlak en door de magnetische spins van de supergeleider nauwkeurig te oriënteren, induceerden de wetenschappers een intrigerend fenomeen dat bekend staat als de "Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov" (FFLO) toestand.

Deze zeldzame en ongrijpbare toestand heeft enorme belangstelling gewekt binnen de natuurkundegemeenschap van de gecondenseerde materie sinds de eerste voorspelling ervan in de jaren zestig, en houdt grote belofte in voor de realisatie van bepaalde kwantumberekeningen. Tot nu toe hadden onderzoekers echter aanzienlijke experimentele beperkingen bij het observeren van de ongrijpbare FFLO-toestand.

De magische mix van sterke druk en spin op één lijn

Door gebruik te maken van de ultramoderne diamanten aambeeldcel van ORNL die in staat is enorme druk te genereren en de spin van het materiaal uit te lijnen met behulp van externe magnetische velden, ontdekten de natuurkundigen dat deze zeldzame combinatie de mogelijkheid biedt om de ongebruikelijke kwantumeigenschappen die gewenst zijn voor kwantumenergie te manipuleren en te stabiliseren. computergebruik.

Zoals Xiaofeng Xu, natuurkundige op het gebied van de gecondenseerde materie bij ORNL en hoofdauteur van een onlangs gepubliceerd onderzoek, zegt:"Deze kwantumberekeningen vereisen exotische vormen van supergeleiding in materialen die tegelijkertijd specifiek magnetisch gedrag vertonen."

Experimentele uitdagingen overwinnen

Traditioneel werd op de FFLO-toestand geanticipeerd in schone bulksystemen. Maar het bereiken van zowel de noodzakelijke zuiverheid als de magnetische veldsterkte onder extreem koude temperaturen bleek een buitengewone uitdaging voor onderzoek naar gecondenseerde materie. Met een combinatie van geavanceerde faciliteiten binnen ORNL en externe partners met behulp van diamanten aambeeldcellen en krachtige hogedruktechnieken heeft het wetenschappelijke team deze uitdagende experimentele vereisten overwonnen.

Een veelbelovende katalysator voor de toekomst van kwantumcomputing

De succesvolle experimentele ontdekking van de zeer gewilde FFLO-toestand in het magnetisch aangedreven ReB2-materiaal wordt door theoretische natuurkundigen over de hele wereld als een baanbrekend succes beschouwd. Door het volledige potentieel van dit speciale gedrag te ontsluiten, geloven wetenschappers, kan deze nieuwe aanpak dienen als de cruciale katalysator om nieuwe architecturen voor quantum computing te realiseren, terwijl veel van de complicaties en beperkingen worden vermeden die bestaande qubit-materialen belemmeren.

Zoals benadrukt door een andere natuurkundige van de gecondenseerde materie van ORNL, Zhijun Xu:"Ons team is de eerste die ontdekt dat supergeleiding samengaat met deze speciale vorm van kwantummagnetisme. En wat echt bemoedigend is, is dat dit unieke supergeleidende gedrag werd gecreëerd in de magnetische grondtoestand. een nieuwe weg nu naar onconventionele Cooper-koppeling voor het creëren van verstrengelde elektronen die nodig zijn voor toekomstige topologische kwantumcomputers."