Med sin okänslighet för dekoherens, Majorana-partiklar kan bli stabila byggstenar i kvantdatorer. Problemet är att de bara uppstår under mycket speciella omständigheter. Nu, forskare vid Chalmers tekniska högskola har lyckats tillverka en komponent som kan ta emot de eftertraktade partiklarna.

Forskare över hela världen kämpar för att bygga kvantdatorer. En av de stora utmaningarna är att övervinna kvantsystemens känslighet för dekoherens, superpositionernas kollaps. Ett spår inom kvantdatorforskningen är därför att använda sig av Majorana-partiklar, som också kallas Majorana fermioner. Microsoft, bland andra organisationer, utforskar den här typen av kvantdatorer.

Majorana fermioner är mycket ursprungliga partiklar, helt olik de som utgör materialen omkring oss. I mycket förenklade termer, de kan ses som halvelektroner. I en kvantdator, Tanken är att koda information i ett par Majorana-fermioner separerade i materialet, som borde, i princip, göra beräkningarna immuna mot dekoherens.

Så var hittar du Majorana fermioner? I fasta material, de verkar bara förekomma i vad som kallas topologiska supraledare. Men ett forskarlag vid Chalmers tekniska högskola är nu bland de första i världen att rapportera att de faktiskt har tillverkat en topologisk supraledare.

"Våra experimentella resultat överensstämmer med topologisk supraledning, säger Floriana Lombardi, professor vid Quantum Device Physics Laboratory på Chalmers.

För att skapa sin okonventionella supraledare, de började med vad som kallas en topologisk isolator gjord av vismuttellurid, Bi ₂ Te ₃ . En topologisk isolator leder ström på ett mycket speciellt sätt på ytan. Forskarna placerade ett lager av aluminium, en konventionell supraledare, överst, som leder ström helt utan motstånd vid låga temperaturer.

"Det supraledande elektronparet läcker sedan in i den topologiska isolatorn, som också blir supraledande, " förklarar Thilo Bauch, docent i kvantapparatfysik.

Dock, de initiala mätningarna indikerade alla att de endast hade standardsupraledning inducerad i Bi ₂ Te ₃ topologisk isolator. Men när de kylde ner komponenten igen senare, att rutinmässigt upprepa vissa mätningar, situationen förändrades plötsligt - egenskaperna hos de supraledande elektronparen varierade i olika riktningar.

"Och det är inte alls kompatibelt med konventionell supraledning. Oväntade och spännande saker inträffade, säger Lombardi.

Till skillnad från andra forskarlag, Lombardis team använde platina för att montera den topologiska isolatorn med aluminiumet. Upprepade kylcykler gav upphov till spänningar i materialet, vilket gjorde att supraledningsförmågan ändrade sina egenskaper. Efter en intensiv period av analyser, forskarna konstaterade att de förmodligen hade lyckats skapa en topologisk supraledare.

"För praktiska tillämpningar, materialet är främst av intresse för dem som försöker bygga en topologisk kvantdator. Vi vill utforska den nya fysiken gömd i topologiska supraledare - det här är ett nytt kapitel i fysiken, säger Lombardi.

Resultaten publicerades nyligen i Naturkommunikation i en studie med titeln "Inducerad okonventionell supraledning på yttillstånden hos Bi ₂ Te ₃ topologisk isolator."