Ultra tanki materijali otključavaju kvantne pojave 

Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Nature, merilo je veoma tražena Majorana quantum stanja.

Ogroman uticaj na Quantum Computing

Tim teorijskih i eksperimentalnih fizičara dizajnirao je novi ultratanak materijal koji su koristili za stvaranje neuhvatljivih kvantnih stanja. Ova kvantna stanja nazvana one-dimensional Majorana zero energy modes (1D Majorana nulti režimi energije), mogla bi imati ogroman uticaj na quantum computing (kvantno računanje).

U osnovi kvantnog računara je qubit koji se koristi za proračun velike brzine. Qubitovi koje je Google, na primer, u svom procesoru Sicamore predstavio prošle godine, a drugi trenutno koriste, vrlo su osetljivi na buku i smetnje iz okruženja računara, što uvodi greške u proračune. Nova vrsta qubita, koja se naziva topološki qubit, mogla bi da reši ovo pitanje, a 1D Majorana nulti režimi energije mogu biti ključni za njihovu izradu. Topološki kvantni računar zasnovan je na topološkim kubitima, za koje se pretpostavlja da su mnogo tolerantniji na buku od ostalih qubita. Međutim, topološki qubiti još nisu proizvedeni u laboratoriji.

MZM su grupe elektrona povezanih na specifičan način, pa se ponašaju poput čestice koja se naziva Majorana fermion, polu-mitska čestica koju je prvi predložio fizičar Ettore Majorana 1930-ih. Ako bi teoretske čestice Majorane mogle biti povezane zajedno, one bi funkcionisale kao topološki qubit. Umesto da pokušaju da naprave česticu koju niko nikada nigde u univerzumu nije video, istraživači umesto toga pokušavaju da nateraju da se normalni elektroni ponašaju poput njih. Da bi napravili MZM, istraživačima su potrebni neverovatno mali materijali, područje u kojem je specijalizovana grupa profesora Liljeroth sa Univerziteta Aalto. MZM nastaju davanjem grupi elektrona vrlo specifične količine energije, a zatim njihovim zarobljavanjem. Da bi se to postiglo, materijali moraju biti dvodimenzionalni i što je moguće fizički tanji. Da bi stvorio 1D MZM-ove, potrebna je potpuno nova vrstu 2D materijala: topološki superprovodnik. Topološka superprovodljivost je svojstvo koje se javlja na granici magnetnog električnog izolatora i superprovodnika.

Da bi stvorio 1D MZM-ove, tim profesora Liljerotha trebalo je da uhvati elektrone zajedno u topološki superprovodnik. Ako stavite većinu magneta na superprovodnik, on prestaje da bude superprovodnik. Interakcije između materijala narušavaju njihova svojstva, a da biste napravili MZM-ove, trebaju vam materijali koji samo malo komuniciraju. Trik je u upotrebi 2D materijala: oni međusobno komuniciraju tek toliko da stvore svojstva koja su vam potrebna za MZM, ali ne toliko da se međusobno ometaju. Svojstvo koje je u pitanju je spin. U magnetnom materijalu, spin je poravnat u istom smeru, dok je u superprovodniku spin centriran sa naizmeničnim pravcima.

U 2D slojevitim materijalima interakcije između materijala su dovoljne da „nagnu“ spinove atoma toliko da stvore specifično stanje spina, nazvano Rashba spin-orbit sprega, potrebno za stvaranje MZM-ova. Topološki superprovodnik u ovoj studiji napravljen je od sloja hrom-bromida, materijala koji je i dalje magnetni kada je debeo samo jedan atom. Sada je tim siguran da mogu da naprave 1D MZM od dvodimenzionalnih materijala, a sledeći korak biće pokušaj da se od njih naprave topološki qubiti. Ovaj korak je do sada izmicao timovima koji su već napravili 0-dimenzionalne MZM-ove. 2D materijale je lakše napraviti i lakše prilagoditi svojstva, a na kraju i učiniti upotrebljivim.

Izvor: scitechdaily