"Nano-Hashtags" könnten einen eindeutigen Beweis für Majorana-Partikel liefern

Anonim

Ein internationales Team von Forschern der Eindhoven University of Technology, der Delft University of Technology und der University of California - Santa Barbara stellt heute einen modernen Quantenchip vor, der die mysteriösen Majorana-Teilchen eindeutig nachweisen kann. Diese Partikel, die erstmals 2012 demonstriert wurden, sind gleichzeitig ihr eigenes Antiteilchen. Der Chip, der aus ultradünnen Nanodrahtnetzen in Form von "Hashtags" besteht, hat alle Eigenschaften, um Majorana-Teilchen Plätze tauschen zu können. Diese Eigenschaft gilt als die rauchende Waffe, um ihre Existenz zu beweisen und ist ein entscheidender Schritt in Richtung ihrer Verwendung als Baustein für zukünftige Quantencomputer.

Im Jahr 2012 waren es große Neuigkeiten: Forscher der Technischen Universität Delft und der Technischen Universität Eindhoven präsentierten die ersten experimentellen Signaturen für die Existenz des Majorana-Fermions. Dieses Teilchen wurde 1937 vom italienischen Physiker Ettore Majorana vorhergesagt und hat die Eigenschaft, auch ein eigenes Antiteilchen zu sein. Die Majorana-Teilchen treten an den Enden eines Halbleiterdrahts aus, wenn sie in Kontakt mit einem Supraleitermaterial stehen.

Rauchpistole

Während die entdeckten Teilchen Eigenschaften besitzen können, die typisch für Majoranas sind, könnte der aufregendste Beweis erhalten werden, indem zwei Majorana-Teilchen Plätze tauschen, oder "Zopf", wie es wissenschaftlich bekannt ist. "Das ist die rauchende Waffe", schlägt Erik Bakkers vor, einer der Forscher von der Eindhoven University of Technology. "Das Verhalten, das wir dann sehen, könnte der bisher überzeugendste Beweis für Majoranas sein."

Kreuzung

In dem heute veröffentlichten Nature Paper stellen Bakkers und seine Kollegen ein neues Gerät vor, das diesen Austausch von Majoranas zeigen soll. In dem ursprünglichen Experiment im Jahr 2012 wurden zwei Majorana-Teilchen in einem einzigen Draht gefunden, aber sie waren nicht in der Lage, einander zu passieren, ohne den anderen sofort zu zerstören. So mussten die Forscher buchstäblich Raum schaffen. In dem vorgestellten Experiment bildeten sie Überschneidungen mit den gleichen Arten von Nanodrähten, so dass vier dieser Überschneidungen einen "Hashtag" bilden, # und somit einen geschlossenen Kreislauf bilden, entlang dem sich Majoranas bewegen können.

Etch und wachsen

Die Forscher bauten ihr Hashtag-Gerät von Grund auf neu. Die Nanodrähte werden aus einem speziell geätzten Substrat gezüchtet, so dass sie genau das gewünschte Netzwerk bilden, das sie dann einem Strom von Aluminiumpartikeln aussetzen und an bestimmten Stellen auf den Drähten Schichten aus Aluminium, einem Supraleiter, bilden - die Kontakte, an denen die Majorana-Partikel entstehen. Orte, die 'im Schatten' anderer Drähte liegen, bleiben unbedeckt.

Sprung in der Qualität

Der gesamte Prozess findet im Vakuum und bei extrem kalter Temperatur (ca. -273 Grad Celsius) statt. "Dies sorgt für sehr saubere, pure Kontakte", sagt Bakkers, "und ermöglicht uns einen erheblichen Quantensprung in der Qualität dieser Art von Quantengeräten." Die Messungen zeigen für eine Reihe von elektronischen und magnetischen Eigenschaften, dass alle Zutaten vorhanden sind, um die Majoranas zu flechten.

Quantencomputer

Gelingt es den Forschern, die Majorana-Partikel zu flechten, werden sie sofort zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen. Aufgrund ihrer Robustheit gelten Majoranas als der ideale Baustein für zukünftige Quantencomputer, die viele Berechnungen simultan und damit um ein Vielfaches schneller durchführen können als heutige Computer. Das Flechten von zwei Majorana-Teilchen könnte die Grundlage für ein Qubit bilden, die Berechnungseinheit dieser Computer.

Um die Welt reisen

Ein interessantes Detail ist, dass die Proben während der Herstellung um die Welt gereist sind und einzigartige und synergetische Aktivitäten jeder Forschungseinrichtung kombiniert haben. Es begann in Delft mit dem Strukturieren und Ätzen des Substrats, dann nach Eindhoven für das Nanodrahtwachstum und nach Santa Barbara für die Aluminiumkontaktbildung. Endlich zurück nach Delft über Eindhoven für die Messungen.

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