Gazibegović, Ph.D. kandidat i gruppen prof. Erik Bakkers vid institutionen för tillämpad fysik, utvecklat en enhet gjord av ultratunna nätverk av nanotrådar i form av "hashtags". Denna enhet gör att par Majorana -partiklar kan utbyta position och hålla reda på förändringarna, i ett fenomen som kallas "flätning". Denna händelse anses vara ett slående bevis på förekomsten av Majorana -partiklar, och det utgör ett avgörande steg mot deras användning som byggstenar för utveckling av kvantdatorer. Med två Natur publikationer i hennes ficka, Gazibegović är redo att försvara sin doktorsexamen avhandling den 10 maj.

År 1937, den italienska teoretiska fysikern Ettore Majorana antog förekomsten av en unik partikel som är dess egen antipartikel. Denna partikel, även kallad en "Majorana fermion, "kan också existera som en" kvasipartikel, "ett kollektivt fenomen som beter sig som en individuell partikel, som i vågor som bildas på vattnet. Själva vattnet stannar på samma ställe, men vågen kan "resa" på ytan, som om det vore en enda partikel i rörelse. Under många år, fysiker har försökt hitta Majorana -partikeln utan framgång. Än, under det senaste årtiondet, forskare från Eindhoven tekniska universitet har tagit stora steg framåt för att bevisa förekomsten av Majorana -partiklar, också tack vare forskningen av Gazibegović och hennes samarbeten med universitetet i Delft, Philips Research och University of California - Santa Barbara.

Byggstenar för kvantdatorer

Majorana -partiklar har länge representerat den "heliga gralen" för partikelfysiker, även för deras potentiella användning som kvantbitar, eller "qubits, "de grundläggande byggstenarna för kvantdatorer. I stället för 1 eller 0-bitarna på vanliga datorer, qubits kan vara 1 och 0 samtidigt. Samlingar av qubits kan användas för att göra flera beräkningar samtidigt, som gör kvantdatorer, på papper, mycket snabbare än vanliga datorer.

I verkligheten, hittills, att göra korrekt fungerande qubits har förblivit djävulskt svårt. Innan bevis på existensen av Majorana -partiklar, forskare använde andra partiklar i atomskala som qubits. Än, dessa partiklar visade sig vara känsliga och sköra, och, som ett resultat, kvantinformationen tenderade att blekna inom några sekunder. I det här avseendet, Majorana -partiklar representerar fortfarande den lovande byggstenen på grund av en specifik egenskap:deras inneboende stabilitet.

Flätning, alltså stabilitet

Stabiliteten hos Majorana -partiklar kan hänföras till ett speciellt fenomen som kallas "flätning". När två Majorana -partiklar byter position två gånger - från en startkonfiguration till en ny, och sedan tillbaka till den första - de två partiklarna kommer att trassla ihop och få stabilitet, på samma sätt som två lösa ändar av en remsa som, vid utbyte två gånger, är flätade (FIG.1A).

Hashtags

För att generera Majorana -partiklar, Gazibegović utvecklade först de så kallade topologiska superledarna, nanotrådar tillverkade av indiumfosfid (InP) med ett lager av en superledare ovanpå (figur 1B).

När ett magnetfält appliceras på den topologiska superledaren, Majorana -partiklar kommer fram vid enhetens extremiteter. Serier av topologiska superledare odlades sedan från ett speciellt etsat substrat (fig 1C, Fig.2) i form av hashtags (fig 1D, Bild 2), så att varje hashtag skulle kunna producera fyra Majorana -partiklar, en nära varje skärningspunkt.

Smidigare gränssnitt, bättre kvalité

"En av de ouppfyllda utmaningarna inom detta område, "förklarar Gazibegović, "är att förbättra kvaliteten på gränssnittet mellan halvledaren och superledaren. Grovhet som införs vid detta gränssnitt kan verkligen förstöra egenskaperna hos Majorana -staten." För att lösa detta problem, Gazibegović och hennes kollegor tillverkade de topologiska superledarna under ultrahögt vakuum, som skyddade dem från exponering för kemiska etsmedel och möjliggjorde tillverkning av enheter med "oöverträffad kvalitet".

Över hela världen

Att bygga dessa enheter visade sig vara en verklig upplevelse för Gazibegović, under och utanför arbetstiden. De senaste åren, Gazibegović har klockat upp milen och korsat havet flera gånger, tillsammans med hennes nano-hashtags.

"Substraten tillverkades i Delft, "förklarar hon, "och de måste sedan överföras till Eindhoven för följande steg, växande av nano-hashtags. När det är klart, de skulle sedan monteras till topologiska superledare i Santa Barbara, i Kalifornien."

Beräkningskraft

Gazibegović:"Denna avhandling innehåller nya insikter om tillväxtmekanismer för nanotrådar, liksom designprinciper för att skapa komplexa geometrier. "Dessa genombrott inom materialvetenskap har redan resulterat i förbättrad Majorana -enhetskvalitet, och erbjuder oöverträffade möjligheter för kvantteknik och dess tillämpningar.

"Forskare, "fortsätter Gazibegović, "tillbringade årtionden med att jämföra effekterna av olika läkemedel på ett antal sjukdomar. Denna process kan avsevärt förkortas med kvantdatorer som har tillräckligt med beräkningskraft att föreställa sig, på en gång, alla möjliga resultat. "