(a) Svepelektronmikrofotografi taget under Jülich-processen:En form visas under tillverkningen. Den topologiska isolatorn (markerad med rött) har redan deponerats selektivt. I ett nästa tillverkningssteg, supraledaren avsätts via skuggmaskavdunstning. I svartvitt kan olika masksystem identifieras. Dessa masker gör det möjligt att tillverka de önskade kvantenheterna helt under ultrahöga vakuumförhållanden. (b) I sådana nätverk, forskare syftar till att flytta så kallade Majorana-lägen (representerade av stjärnor) längs spåren som definieras av de topologiska isolatorerna för att utföra topologiskt skyddade kvantoperationer. Medan den blå och violetta Majorana stannar i samma position (x, y) i rymden, den gröna och vita Majorana vrider sig runt varandra under tiden, utföra en knut i rum-tid. Kredit:Forschungszentrum Jülich / Peter Schüffelgen
Implementering av kvantmaterial i datorchips ger tillgång till fundamentalt ny teknik. För att bygga högpresterande kvantdatorer, till exempel, topologiska isolatorer måste kombineras med supraledare. Detta tillverkningssteg är förknippat med ett antal utmaningar som nu har lösts av forskare från Jülich. Deras resultat presenteras i det aktuella numret av tidskriften Naturens nanoteknik .
Inkafolket använde knutar i snören i sin gamla skrift "Quipu" för att koda och lagra information. Fördelen:Till skillnad från bläck på ett pappersark, informationen som lagras i knutarna är robust mot yttre destruktiv påverkan som vatten. Nya kvantdatorer bör också kunna lagra information robust i form av knutar. För detta, dock, ingen sladd är knuten, men kvasipartiklar är ordnade i rum och tid.
Det du behöver för att bygga en sådan kvantknutmaskin är nya material, så kallade kvantmaterial. Experter talar om topologiska isolatorer och supraledare. Bearbetningen av dessa material till komponenter för kvantdatorer är en utmaning i sig, speciellt eftersom topologiska isolatorer är mycket luftkänsliga.
Forskare vid Forschungszentrum Jülich har nu utvecklat en ny process som gör det möjligt att strukturera kvantmaterial utan att utsätta dem för luft under bearbetningen. "Jülich-processen" gör det möjligt att kombinera supraledare och topologiska isolatorer i det ultrahöga vakuumet och därigenom producera komplexa komponenter.
De första mätningarna i deras enheter visar indikationer på Majorana-tillstånd. "Majoranas" är just de lovande kvasipartiklarna som ska knytas i de visade nätverken av topologiska isolatorer och supraledare för att möjliggöra robust kvantberäkning. I ett nästa steg, forskarna vid Peter-Grünberg-institutet, tillsammans med sina kollegor från Aachen, Nederländerna och Kina, kommer att utrusta sina nätverk med läs- och styrelektronik för att göra kvantmaterialet tillgängligt för tillämpning.
