Izolatory topologiczne - klucze do technologii produkcji komputerów kwantowych

Czy elektrony mogą tańczyć? Okazuje się, że tak - lekko przemykając po powierzchni materiału , który jednocześnie wykazuje właściwości izolatora oraz przewodnika. To izolator topologiczny - substancja, o której fizycy mówią, że stoi na krawędzi nauki i świata cudów.

Jednym z bardziej popularnych izolatorów topologicznych jest tellurek bizmutu -  nieźle sprawdza się przy chłodzeniu komputerów. Jeszcze lepiej - w chłodniach win. Materiał ten od pewnego czasu postrzegany jest jak cudowne dziecko fizyki. Naukowcy zacierają już ręce z zadowolenia, ponieważ zakładają, że dzięki tellurkowi bizmutu uda im się  wytworzyć i badać nowe rodzaje cząstek niewystępujących w przyrodzie. W dodatku do tego typu doświadczeń będą potrzebować jedynie dwóch czynników:

• idealnie czystych chemicznie kryształów izolatorów topologicznych, oraz

• zwyczajnych warunków laboratoryjnych; w tym - żadnych ekstremalnych temperatur.

Pierwsze sukcesy w kreowaniu nowej fizyki już są: w lutym tego roku zespołowi z Princeton University udało się wytworzyć pierwszy nadprzewodnik będący jednocześnie izolatorem topologicznym. Kreacja nie była trudna: polegała na swoistym "tuningu" zwyczajnego tellurku bizmutu - dodano doń nieco selenu. Celem wzbogacania izolatora nie było jedynie zaspokojenie ciekawości fizyków ("co się też stanie, jeśli ...); zadanie było nieco poważniejsze: stworzyć technologię, która przyda się m.in. przy produkcji komputerów kwantowych.

Jednak to nie wszystko. Fizycy uważają, że prawdziwe czary-mary zaczną się, kiedy eksperymentować zacznie się nad tym, jak mogą oddziaływać  na siebie nadprzewodniki i izolatory topologiczne. Niektórzy przewidują, że ... niewidzialne stanie się widzialne, czyli sąsiedztwo tych dwóch materiałów może doprowadzić do powstania niezwykłego stanu styku, w którym będzie można zobaczyć nawet cząstki, których istnienie niektórzy dziś poddają w wątpliwość (dotyczy to m.in. antycząstek czy cząstek Majorany). I te właśnie molekuły można by od razu "zatrudnić" przy przechowywaniu informacji w komputerze kwantowym.

Niektórzy fascynaci izolatorów topologicznych idą jeszcze dalej w swoich spekulacjach, uważając, że dzięki nim uda się nawet zobaczyć ciemną materię.

Ile w tym wszystkim jest jedynie rozbudzonych nadziei naukowców, pokażą najbliższe lata. Jedno jest pewne: izolatory topologiczne mogą stać się przyczynkiem, dla którego podręczniki fizyki trzeba będzie pisać na nowo.

Źródło: Science News