Gazibegovic, dottorato di ricerca candidato nel gruppo del prof. Erik Bakkers presso il dipartimento di Fisica Applicata, ha sviluppato un dispositivo fatto di reti ultrasottili di nanofili a forma di "hashtag". Questo dispositivo consente a coppie di particelle di Majorana di scambiarsi posizione e tenere traccia dei cambiamenti avvenuti, in un fenomeno noto come "intreccio". Questo evento è considerato una prova lampante dell'esistenza delle particelle di Majorana, e rappresenta un passo cruciale verso il loro utilizzo come elementi costitutivi per lo sviluppo di computer quantistici. Con due Natura pubblicazioni in tasca, Gazibegović è pronta a difendere il suo dottorato di ricerca. tesi il 10 maggio

Nel 1937, il fisico teorico italiano Ettore Majorana ipotizzò l'esistenza di un'unica particella che è la propria antiparticella. Questa particella, indicato anche come "fermione Majorana, " può anche esistere come una "quasiparticella, "un fenomeno collettivo che si comporta come una particella individuale, come nelle onde che si formano sull'acqua. L'acqua stessa rimane nello stesso posto, ma l'onda può "viaggiare" in superficie, come se fosse una singola particella in movimento. Per molti anni, i fisici hanno cercato di trovare la particella di Majorana senza successo. Ancora, nell'ultima decade, gli scienziati della Eindhoven University of Technology hanno fatto un grande balzo in avanti nel dimostrare l'esistenza delle particelle di Majorana, anche grazie alla ricerca di Gazibegović e alle sue collaborazioni con l'Università di Delft, Philips Research e l'Università della California – Santa Barbara.

Elementi costitutivi dei computer quantistici

Le particelle di Majorana hanno a lungo rappresentato il "Santo Graal" per i fisici delle particelle, anche per il loro potenziale utilizzo come bit quantistici, o "qubit, " gli elementi costitutivi di base dei computer quantistici. Invece degli 1 o 0 bit dei normali computer, i qubit possono essere 1 e 0 contemporaneamente. Le raccolte di qubit possono essere utilizzate per eseguire più calcoli contemporaneamente, che rende i computer quantistici, su carta, molto più veloce dei normali computer.

In realtà, ad oggi, la creazione di qubit correttamente funzionanti è rimasta diabolicamente difficile. Prima della prova dell'esistenza delle particelle di Majorana, i ricercatori hanno usato altre particelle su scala atomica come qubit. Ancora, queste particelle si sono rivelate sensibili e fragili, e, di conseguenza, l'informazione quantistica tendeva a svanire in frazioni di secondo. Nel rispetto, Le particelle di Majorana rappresentano ancora l'elemento costitutivo promettente a causa di una proprietà specifica:la loro stabilità intrinseca.

intrecciatura, quindi stabilità

La stabilità delle particelle di Majorana può essere attribuita a un fenomeno speciale chiamato "intreccio". Quando due particelle di Majorana si scambiano posizione due volte, da una configurazione iniziale a una nuova, e poi di nuovo a quello di partenza:le due particelle si intrecceranno e acquisiranno stabilità, similmente a due estremità libere di una striscia che, se scambiato due volte, sono intrecciati (FIG.1A).

Hashtag

Per generare particelle di Majorana, Gazibegović sviluppò per primo i cosiddetti superconduttori topologici, nanofili realizzati in fosfuro di indio (InP) con uno strato di superconduttore sulla parte superiore (Fig.1B).

Quando un campo magnetico viene applicato al superconduttore topologico, Particelle di Majorana emergono alle estremità del dispositivo. Sono state quindi coltivate serie di superconduttori topologici da un substrato appositamente inciso (Fig.1C, Fig.2) a forma di hashtag (Fig.1D, Fig.2), in modo che ogni hashtag sia in grado di produrre quattro particelle di Majorana, uno vicino ad ogni punto di intersezione.

Interfacce più fluide, qualità migliore

"Una delle sfide irrisolte in questo campo, " spiega Gazibegovic, "è quello di migliorare la qualità dell'interfaccia tra il semiconduttore e il superconduttore. La rugosità introdotta in questa interfaccia può effettivamente distruggere le proprietà dello stato di Majorana". Per risolvere questo problema, Gazibegović e i suoi colleghi hanno fabbricato i superconduttori topologici sotto vuoto ultra-alto, che li proteggeva dall'esposizione agli agenti chimici e permetteva la fabbricazione di dispositivi con "qualità senza precedenti".

Tutto il mondo

La costruzione di questi dispositivi si è rivelata una vera esperienza di vita per Gazibegović, durante e fuori l'orario di lavoro. Negli ultimi anni, Gazibegović ha accumulato miglia e ha attraversato più volte l'oceano, insieme ai suoi nano-hashtag.

"I substrati sono stati fabbricati a Delft, " lei spiega, "e dovettero poi essere trasferiti ad Eindhoven per la fase successiva, la crescita dei nano-hashtag. Una volta pronto, sarebbero poi stati assemblati in superconduttori topologici a Santa Barbara, in California."

Potenza di calcolo

Gazibegović:"Questa tesi contiene nuove intuizioni sui meccanismi di crescita dei nanofili, così come i principi di progettazione per creare geometrie complesse." Queste scoperte nella scienza dei materiali hanno già portato a una migliore qualità del dispositivo Majorana, e offrono opportunità senza precedenti per la tecnologia quantistica e le sue applicazioni.

"Ricercatori, " continua Gazibegovic, "hanno passato decenni a confrontare gli effetti di diversi farmaci su una serie di malattie. Questo processo potrebbe essere significativamente abbreviato con computer quantistici che hanno una potenza di calcolo sufficiente per immaginare, in un colpo solo, tutti i possibili esiti».