​Ett steg på väg mot framtidens kvantdatorer

Uppsalafysiker har för första gången kunnat identifiera hur man kan skilja mellan så kallade äkta och falska Majoranatillstånd. Forskningsresultaten är ett stort steg på vägen mot en fortsatt utveckling av topologiska supraledare och användandet av Majornatillstånd för avancerade kvantdatorer i framtiden.

Majoranafermioner kan beskrivas som exotiska partiklar i form av halva elektroner, som därmed skiljer sig åt från partiklar som bygger upp de material vi har omkring oss. Detta gör dem lovande för att kunna lagra information i form av kvantbitar i robusta kvantdatorer.

Hitintills har det dock varit svårt att kunna identifiera äkta Majoranatillstånd vid experimentella mätningar, då det även har förekommit så kallade ”falska” Majoranatillstånd, som uppträtt på liknande sätt.

En lösning på problemet att kunna skilja de äkta Majoranatillstånden från de falska har nu förslagits av professor Annica Black-Schaffers forskargrupp vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet. Genom att simulera en av de vanligaste experimentuppställningarna för topologiska supraledare, där man skapar en så kallad superström (ström i supraledare), observerade de en riktningsförändring av strömmen för det falska Majornatillståndet. En sådan skillnad kunde inte observeras för de äkta Majornatillståndet. Utifrån simuleringarna kunde de dra slutsatsen att just superströmmar är viktiga för att kunna skilja mellan äkta, så kallade topologiska, och falska, så kallade triviala, Majoranatillstånd.

- Den här forskningen kan bidra till att identifiera topologiska Majoranatillstånd genom att genomföra supraledande mätningar. Våra resultat visar också på att vi behöver genomföra mer exakta modelleringar, säger Jorge Cayao, postdoktor vid Uppsala universitet.

- Det är viktigt att vi kan avgöra att vi faktiskt har skapat topologiska Majoranatillstånd och inte några triviala tillstånd. Den här studien visar att ett sätt att göra detta på är genom superströmmätningar, säger Oladunjoye Awoga, doktorand vid Uppsala universitet.

Oladunjoye A. Awoga, Jorge Cayao, Annica M. Black-Schaffer: Supercurrent Detection of Topologically Trivial Zero-Energy States in Nanowire Junctions; Physical Review Letters; Phys. Rev. Lett. 123, 117001 – Published 12 September 2019, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.117001, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.117001,

För mer information:
Jorge Cayao, postdoktor vid institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet,
jorge.cayao@physics.uu.se, tel: 076-555 04 83

Annica Black-Schaffer, professor vid institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet,
annica.black-schaffer@physics.uu.se, tel: 076-795 06 49

Annica Black-Schaffers forskargrupp http://materials-theory.physics.uu.se/blackschaffer/