Команда физиков открыла новое состояние материи — прорыв, который обещает расширить возможности хранения информации в электронных устройствах и улучшить квантовые вычисления.
«Нам удалось выявить экспериментальные доказательства нового состояния вещества — топологической сверхпроводимости», — говорит Джавад Шабани, доцент кафедры физики в Нью-Йоркском университете. «Этим новым топологическим состоянием можно манипулировать способами, которые могут ускорить вычисления в квантовых вычислениях и увеличить объем памяти».
Работа была сосредоточена на квантовых вычислениях — методе, который может производить вычисления со значительно большей скоростью, чем обычно. Это происходит потому, что обычные компьютеры обрабатывают цифровые биты в форме 0 и 1, в то время как квантовые компьютеры используют квантовые биты (кубиты) для табулирования любого значения в диапазоне от 0 до 1, экспоненциально увеличивая емкость и скорость обработки данных.
В своих исследованиях Джавад Шабани и его коллеги проанализировали переход квантового состояния из его обычного состояния в новое топологическое, измерив энергетический барьер между ними. Они дополнили это путем непосредственного измерения сигнатурных характеристик такого перехода в параметре порядка, который управляет новой фазой топологической сверхпроводимости.
Здесь они сфокусировали исследование на майорановских частицах, которые являются их собственными античастицами — веществами с одинаковой массой, но с противоположным физическим зарядом. Ученые видят ценность в майорановских частицах из-за их способности хранить квантовую информацию в специальном вычислительном пространстве, где квантовая информация защищена от шума окружающей среды.
Однако для этих частиц не существует естественного материала-хозяина, также известного как майорановские фермионы. В результате исследователи попытались создать платформы, т. е. новые формы материи, на которых можно было бы проводить эти вычисления.
«Новое открытие топологической сверхпроводимости в двумерной платформе прокладывает путь для построения масштабируемых топологических кубитов, чтобы не только хранить квантовую информацию, но и манипулировать квантовыми состояниями, свободными от ошибок», — отмечают исследователи.
William Mayer et al. «Phase signature of topological transition in Josephson Junctions,» arXiv:1906.01179v1 [cond-mat.mes-hall] 2019. arxiv.org/pdf/1906.01179.pdf