Fysiker vid Uppsala universitet i Sverige har identifierat hur man kan skilja mellan sanna och "falska" Majorana-tillstånd i en av de mest använda experimentella uppsättningarna, med hjälp av överströmsmätningar. Denna teoretiska studie är ett avgörande steg för att avancera området för topologiska supraledare och tillämpningar av Majorana-tillstånd för robusta kvantdatorer. Nya experiment som testar detta tillvägagångssätt väntas härnäst.

Majorana-tillstånd existerar som nollenergitillstånd i ändarna av topologiska supraledare (en speciell typ av supraledare, material som leder med noll motstånd när de kyls nära absolut nolltemperatur), där lågenergitillstånd är robusta mot defekter. Majorana-staterna har exotiska egenskaper som gör dem till lovande kandidater som qubits för feltoleranta kvantdatorer. Dock, i experiment kan triviala nollenergitillstånd som härmar Majorana-tillstånd också dyka upp. Svårigheten att skilja på de sanna och dessa "falska" Majoranas är ett problem som har hämmat experimentella framsteg inom detta forskningsområde och har varit en nagel i ögonen på experter.

En lösning på detta problem har föreslagits i en nyligen genomförd studie av Annica Black-Schaffers grupp. Författarna simulerade hela systemet med en av de vanligaste experimentella uppsättningarna som används för att konstruera topologiska supraledare så noggrant som möjligt och fångade de viktigaste effekterna av alla komponenter. Genom att undersöka superströmmen (strömmen i supraledare) mellan två konstruerade supraledare, de fann att det finns en teckenomkastning i superströmmen på grund av det triviala "falska" Majorana-tillståndet under applicering av magnetfält, medan sådan teckenomkastning inte produceras av riktiga Majorana-stater. De drog då slutsatsen att superströmmar erbjuder ett kraftfullt verktyg för den otvetydiga skillnaden mellan triviala tillstånd och topologiska Majorana-tillstånd.

"Denna studie hjälper och motiverar experimentalister mot korrekt identifiering av topologiska Majoranas genom att använda superströmsmätningar. Vår studie visar att vi behöver utföra mer exakt modellering, " säger Jorge Cayao, postdoktor vid Uppsala universitet.

"Det är avgörande att vi är säkra på att vi faktiskt har konstruerat Majorana-stater och inte några triviala stater. Denna studie presenterar ett sätt att åstadkomma det genom superströmsmätningar, " säger Oladunjoye Awoga, Ph.D. student vid Uppsala universitet.