I Natur idag ett internationellt team av forskare från Eindhoven tekniska universitet, Delft University of Technology och University of California - Santa Barbara presenterar ett avancerat kvantchip som kommer att kunna ge ett definitivt bevis på de mystiska Majorana -partiklarna. Dessa partiklar, demonstrerades första gången 2012, är deras egen antipartikel samtidigt. Chippet, som omfattar ultratunna nätverk av nanotrådar i form av "hashtags", har alla egenskaper för att låta Majorana -partiklar utbyta platser. Denna funktion betraktas som rökpistolen för att bevisa deras existens och är ett avgörande steg mot deras användning som byggsten för framtida kvantdatorer.

2012 var det stora nyheter:forskare från Delft University of Technology och Eindhoven University of Technology presenterade de första experimentella signaturerna för förekomsten av Majorana fermion. Denna partikel hade förutspåtts 1937 av den italienska fysikern Ettore Majorana och har den särpräglade egenskapen att också vara sin egen antipartikel. Majorana -partiklarna dyker upp i ändarna av en halvledartråd, vid kontakt med ett superledarmaterial.

Rykande pistol

Även om de upptäckta partiklarna kan ha egenskaper som är typiska för Majoranas, det mest spännande beviset kunde erhållas genom att låta två Majorana -partiklar utbyta platser, eller "fläta" som det är vetenskapligt känt. "Det är den rökande pistolen, "föreslår Erik Bakkers, en av forskarna från Eindhoven tekniska universitet. "Beteendet som vi sedan ser kan vara det mest avgörande beviset ännu för Majoranas."

Korsväg

I Natur papper som publiceras idag, Bakkers och hans kollegor presenterar en ny enhet som borde kunna visa denna utbyte av Majoranas. I det ursprungliga experimentet 2012 hittades två Majorana -partiklar i en enda tråd men de kunde inte passera varandra utan att omedelbart förstöra den andra. Således fick forskarna bokstavligen skapa utrymme. I det presenterade experimentet bildade de korsningar med samma typ av nanotråd så att fyra av dessa korsningar bildar en 'hashtag', #, och på så sätt skapa en sluten krets längs vilken Majoranas kan röra sig.

Etsa och växa

Forskarna byggde sin hashtag -enhet från början. Nanotrådarna odlas från ett särskilt etsat substrat så att de bildar exakt det önskade nätverket som de sedan utsätter för en ström av aluminiumpartiklar, skapa lager av aluminium, en superledare, på specifika fläckar på trådarna - kontakterna där Majorana -partiklarna dyker upp. Platser som ligger "i skuggan" av andra ledningar förblir avtäckta.

Hoppa i kvalitet

Hela processen sker i vakuum och vid ultrakall temperatur (cirka -273 grader Celsius). "Detta säkerställer mycket ren, rena kontakter, säger Bakkers, "och gör det möjligt för oss att göra ett betydande steg i kvaliteten på denna typ av kvantanordning." Mätningarna visar för ett antal elektroniska och magnetiska egenskaper att alla ingredienser finns för att Majoranas ska fläta.

Kvantdatorer

Om forskarna lyckas göra det möjligt för Majorana -partiklarna att fläta, de kommer genast ha dödat två fåglar i en smäll. Med tanke på deras robusthet, Majoranas betraktas som den perfekta byggstenen för framtida kvantdatorer som kommer att kunna utföra många beräkningar samtidigt och därmed många gånger snabbare än nuvarande datorer. Flätningen av två Majorana -partiklar kan utgöra grunden för en qubit, beräkningsenheten för dessa datorer.

Resa runt i världen

En intressant detalj är att proverna har rest runt i världen under tillverkningen, som kombinerar unika och synergetiska aktiviteter för varje forskningsinstitution. Det började i Delft med att mönstra och etsa underlaget, sedan till Eindhoven för nanotrådstillväxt och till Santa Barbara för aluminiumkontaktbildning. Äntligen tillbaka till Delft via Eindhoven för mätningarna.