„Egzotyczny” nadprzewodnik i cząstki, których nikt nie widział – podwaliny pod komputery kwantowe(?)

Niewidzialne staje się widzialne

Po odkryciu, którego dokonali uczeni z Princeton, można sądzić, że komputery kwantowe oparte będą na nadprzewodnikach z „rozdwojoną osobowością” i na cząstkach o zerowej masie i równie zerowym ładunku.

W maju pisałam o pierwszym nadprzewodniku topologicznym wytworzonym na Uniwersytecie w Princeton. Dziś ciąg dalszy historii, która może stać się początkiem procesu zastępowania tradycyjnych komputerów maszynami kwantowymi. Zespół odkrywców z Princeton opublikował 1 listopada wynik swoich prac na łamach „Nature Physics”.

Okazuje się, że „przyłapanie” cząstek Majorany może być bliższe, niż sądzimy. Fizycy idą w swoich spekulacjach jeszcze dalej: choć cząstek Majorany jeszcze nikt nigdy nie widział, uczeni przymierzają się już do manipulowania tymi tajemniczymi molekułami.

Nowy przekaźnik kwantowy

Istnienie cząstek Majorany – fermionów, które są same dla siebie antycząstkami, przewidziano już ok. 70 lat temu. I pomimo usilnych starań nikomu nie udało się dotąd zobaczyć tych przedziwnych molekuł. Ba, żeby tylko zobaczyć: nikt nie wie, gdzie ich szukać! Przypuszczalnie mogą znajdować się w miejscu styku topologicznego nadprzewodnika z topologicznym izolatorem. Ale czy gdzieś jeszcze?

Strzelanina z użyciem kropek kwantowych

I tu dochodzimy do odkrycia dokonanego na Uniwersytecie w Princeton. Tamtejsi naukowcy odkryli wyjątkowo dziwny materiał: częściowo nadprzewodnik, częściowo metal. Nowy materiał zaliczony został do nadprzewodników topologicznych.

Jego egzotyka polega na tym, że ma dwie tożsamości elektroniczne naraz: wnętrze kryształu zachowuje się jak zwyczajny nadprzewodnik zdolny do przewodzenia prądu bez pojawienia się zjawiska oporu, gdy tymczasem powierzchnia zachowuje się jak metal: przewodzić może, ale już z oporem.

Według fizyków z Princeton w miejscu, gdzie nadprzewodnik „staje” się metalem, należałoby szukać cząstek Majorany. Andrew L. Wray, jeden z autorów pracy, uważa, że ten niezwyczajny nadprzewodnik mógłby stać się swoistą „szkółką” do pozyskiwania fermionów. Ważnych z racji swego neutralnego charakteru: nie będą reagować ani ze sobą, ani z innymi cząstkami (czego nie można powiedzieć w ujemnie naładowanych elektronach, które zawsze przecież ciągnie w kierunku plusa).

Zatem ruch fermionów Majorany będzie tak przewidywalny jak droga suwaka na zamku błyskawicznym. To zaś dałoby się wykorzystać przy tworzeniu komputerów kwantowych. I to takich, które same będą wiedzieć, że przy obliczeniach popełniły błąd i same ten błąd naprawią.

Komputery kwantowe coraz bliżej

Na tym kończą się pozytywne wieści. Wiadomość niezbyt dobra to taka, że na rozwinięcie opisanej tu technologii prawdopodobnie trzeba będzie poświęcić ok. 20-30 lat.

Uwaga: zdjęcie powyżej nie przedstawia struktury nowego nadprzewodnika.