Illustrazione a:Grafico che mostra i tre materiali combinati per formare il nuovo materiale. Al è alluminio - il superconduttore, EuS è la nuova aggiunta, solfuro di europio - il ferromagnete, e InAs è l'arseniuro di indio, il semiconduttore. In combinazione consentono l'esistenza delle modalità zero Majorana desiderate, consentendo al dispositivo di filo quantistico di essere un componente integrale in un computer quantistico topologico. Illustrazione b:Micrografia elettronica che mostra il filo (blu/grigio), tra gli elettrodi di gate (giallo). Il gate è necessario per controllare la densità degli elettroni, e gli elettroni passano attraverso il filo dalla sorgente (bias). Il più grande vantaggio di questo sistema è il fatto che un grande campo magnetico è stato reso superfluo, poiché un campo magnetico potrebbe avere potenziali effetti negativi su altri componenti vicini. In altre parole, questo risultato ha reso molto più probabile l'applicazione effettiva. La lunghezza del filo nell'illustrazione è di 2 micrometri =0,002 millimetri e lo spessore di 100 nanometri =0,0001 millimetri. Credito:Università di Copenaghen
Ricercatori del Microsoft Quantum Materials Lab e dell'Università di Copenhagen, lavorando a stretto contatto, sono riusciti a realizzare un materiale importante e promettente da utilizzare in un futuro computer quantistico. A tal fine, i ricercatori devono creare materiali che contengano le delicate informazioni quantistiche e le proteggano dalla decoerenza.
I cosiddetti stati topologici sembrano mantenere questa promessa, ma una delle sfide è stata l'applicazione di un grande campo magnetico. Con il nuovo materiale, è diventato possibile realizzare stati topologici senza il campo magnetico. "Il risultato è uno dei tanti nuovi sviluppi necessari prima di realizzare un vero computer quantistico, ma lungo la strada una migliore comprensione di come funzionano i sistemi quantistici, e potrebbe essere applicato alla medicina, catalizzatori o materiali, saranno alcuni degli effetti collaterali positivi di questa ricerca, " Spiega il professor Charles Marcus. L'articolo scientifico è ora pubblicato su Fisica della natura
Gli stati topologici sono promettenti, ma ci sono molte sfide lungo il percorso
Gli stati topologici nei sistemi di materia condensata hanno generato un'immensa eccitazione e attività nell'ultimo decennio, compreso il Premio Nobel 2016 per la Fisica. Esiste una tolleranza d'errore naturale dei cosiddetti modi zero di Majorana, che rende gli stati topologici ideali per il calcolo quantistico. Ma i progressi nella realizzazione dei modi zero di Majorana topologici sono stati ostacolati dalla necessità di grandi campi magnetici per indurre la fase topologica, che ha un costo:il sistema deve essere azionato nel foro di un grande magnete, e ogni segmento topologico deve essere allineato con precisione lungo la direzione del campo.
I nuovi risultati riportano una firma chiave della superconduttività topologica, ma ora in assenza di un campo magnetico applicato. Un sottile strato del materiale solfuro di europio (EuS), il cui magnetismo interno si allinea naturalmente con l'asse del nanofilo e induce un campo magnetico effettivo (più di diecimila volte più forte del campo magnetico terrestre) nei componenti superconduttori e semiconduttori, sembra sufficiente per indurre la fase superconduttiva topologica.
Il professor Charles Marcus spiega i progressi in questo modo:"La combinazione di tre componenti in un singolo cristallo, semiconduttore, superconduttore, l'isolante ferromagnetico, un triplo ibrido, è nuovo. È un'ottima notizia che forma un superconduttore topologico a bassa temperatura. Questo ci offre un nuovo percorso per realizzare componenti per il calcolo quantistico topologico, e offre ai fisici un nuovo sistema fisico da esplorare."
I nuovi risultati saranno presto applicati all'ingegnerizzazione del qubit
Il prossimo passo sarà applicare questi risultati per avvicinarsi alla realizzazione dell'effettivo qubit funzionante. Finora i ricercatori hanno lavorato sulla fisica e ora stanno per intraprendere la progettazione di un dispositivo reale. Questo dispositivo, il qubit, è essenzialmente per un computer quantistico ciò che il transistor è per il computer ordinario che conosciamo oggi. È l'unità che esegue i calcoli, ma qui finisce il confronto. Il potenziale per le prestazioni di un computer quantistico è così grande che oggi non siamo nemmeno in grado di immaginare le possibilità.
