Illustration a:Grafik som visar de tre materialen kombinerade för att bilda det nya materialet. Al är aluminium - superledaren, EuS är det nya tillskottet, europiumsulfid - ferromagneten, och InAs är indiumarsenid - halvledaren. I kombination möjliggör de förekomsten av de önskade Majorana -nollägena, gör det möjligt för kvanttrådsenheten att vara en integrerad komponent i en topologisk kvantdator. Illustration b:Elektronmikrograf som visar tråden (blå/grå), mellan grindelektroder (gul). Porten är nödvändig för att kontrollera elektronernas densitet, och elektroner tunnlar genom tråden från källan (förspänning). Den största fördelen med detta system är det faktum att ett stort magnetfält har blivit överflödigt, som ett magnetfält kan ha potentiella negativa effekter på andra komponenter i närheten. Med andra ord, detta resultat har gjort den faktiska tillämpningen mycket mer sannolik. Ledningens längd i illustrationen är 2 mikrometer =0,002 millimeter och tjocklek 100 nanometer =0,0001 millimeter. Kredit:Köpenhamns universitet
Forskare vid Microsoft Quantum Materials Lab och Köpenhamns universitet, arbetar nära tillsammans, har lyckats förverkliga ett viktigt och lovande material för användning i en framtida kvantdator. För detta ändamål, forskarna måste skapa material som rymmer den känsliga kvantinformationen och skyddar den från dekoherens.
De så kallade topologiska staterna verkar hålla detta löfte, men en av utmaningarna har varit att ett stort magnetfält måste appliceras. Med det nya materialet, det har blivit möjligt att realisera topologiska tillstånd utan magnetfältet. "Resultatet är en av många nya utvecklingar som behövs innan en verklig kvantdator realiseras, men på vägen bättre förståelse för hur kvantsystem fungerar, och kan tillämpas på medicin, katalysatorer eller material, kommer att vara några av de positiva biverkningarna av denna forskning, "Professor Charles Marcus förklarar. Den vetenskapliga artikeln är nu publicerad i Naturfysik
Topologiska stater är lovande - men det finns många utmaningar på vägen
Topologiska tillstånd i kondenserade system har genererat enorm spänning och aktivitet under det senaste decenniet, inklusive Nobelpriset i fysik 2016. Det finns en naturlig feltolerans för de så kallade Majorana-nollägena, vilket gör topologiska tillstånd perfekt lämpade för kvantberäkning. Men framstegen med att förverkliga topologiska Majorana -nollägen har hämmats av kravet på stora magnetfält för att inducera den topologiska fasen, vilket kostar:systemet måste drivas i en stor magnet, och varje topologiskt segment måste vara exakt inriktat längs fältriktningen.
De nya resultaten rapporterar en nyckelsignatur för topologisk supraledning, men nu i avsaknad av ett applicerat magnetfält. Ett tunt lager av materialet europium sulfide (EuS), vars inre magnetism naturligt anpassar sig till nanotrådens axel och inducerar ett effektivt magnetfält (mer än tiotusen gånger starkare än jordens magnetfält) i superledaren och halvledarkomponenterna, verkar tillräcklig för att inducera den topologiska supraledande fasen.
Professor Charles Marcus förklarar framstegen på detta sätt:"Kombinationen av tre komponenter till en enda kristall - halvledare, superledare, ferromagnetisk isolator - en trippelhybrid - är ny. Det är goda nyheter att den bildar en topologisk superledare vid låg temperatur. Detta ger oss en ny väg att göra komponenter för topologisk kvantberäkning, och ger fysiker ett nytt fysiskt system att utforska. "
De nya resultaten kommer snart att tillämpas för att konstruera qubit
Nästa steg blir att tillämpa dessa resultat för att komma närmare förverkligandet av den faktiska arbetsqubiten. Hittills har forskarna arbetat med fysiken och nu ska de börja med att konstruera en verklig enhet. Denna apparat, qubit, är i huvudsak till en kvantdator vad transistorn är till den vanliga datorn vi känner idag. Det är enheten som utför beräkningarna, men det är här jämförelsen slutar. Potentialen för prestanda för en kvantdator är så stor att vi idag inte ens riktigt kan föreställa oss möjligheterna.
