کشف ابررسانایی منحصر به فرد جدید برای محاسبات کوانتومی

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری برنا؛ یک ترکیب جدید از مواد، هر کدام با خواص الکتریکی خاص، دارای تمام اجزای مورد نیاز برای یک نوع منحصر به فرد ابررسانایی است که می‌تواند پایه‌ای برای محاسبات کوانتومی قوی‌تر فراهم کند.

ترکیب جدید مواد که توسط تیمی به رهبری محققان دانشگاه پنسیلوانیا ایجاد شده است، همچنین می‌تواند یک پلتفرم برای کشف رفتار‌های فیزیکی مشابه با ذرات مرموز و نظری شناخته شده به عنوان کیرال ماژورانا فراهم کند، که می‌تواند یکی دیگر از اجزای امیدوار کننده برای محاسبات کوانتومی باشد.

این مطالعه جدید توضیح می‌دهد که چگونه محققان این دو ماده مغناطیسی را در آنچه که آن‌ها یک گام مهم در جهت تحقق ابررسانایی رابط‌های نوظهور نامیده اند، که در حال حاضر به سمت آن کار می‌کنند، ترکیب کردند.

ابررسان‌ها مواد بدون مقاومت الکتریکی-به طور گسترده‌ای در مدار‌های دیجیتال، مغناطیس‌های قدرتمند در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و شتاب دهنده‌های ذرات و سایر فناوری‌هایی که در آن به حداکثر رساندن جریان برق بسیار مهم است، استفاده می‌شوند. هنگامی که ابررسان‌ها با مواد به نام عایق‌های توپولوژیک مغناطیسی ترکیب می‌شوند، فیلم‌های نازک تنها چند اتم ضخیم که مغناطیسی شده اند و حرکت الکترون‌ها را به لبه‌های خود محدود می‌کنند خواص الکتریکی جدید هر جزء با هم کار می‌کنند تا "ابررسان‌های توپولوژیک کیرال" را تولید کنند. توپولوژی یا هندسه‌های تخصصی و تقارن ماده، پدیده‌های الکتریکی منحصر به فرد در ابررسان ایجاد می‌کند که می‌تواند ساخت رایانه‌های کوانتومی توپولوژیک را تسهیل کند.

کامپیوتر‌های کوانتومی پتانسیل انجام محاسبات پیچیده را در کسری از زمان لازم برای کامپیوتر‌های سنتی دارند، زیرا برخلاف کامپیوتر‌های سنتی که داده‌ها را به عنوان یک یا صفر ذخیره می‌کنند، بیت‌های کوانتومی کامپیوتر‌های کوانتومی داده‌ها را به طور همزمان در طیف وسیعی از حالت‌های ممکن ذخیره می‌کنند. کامپیوتر‌های کوانتومی توپولوژیک با استفاده از چگونگی سازماندهی خواص الکتریکی برای قوی کردن کامپیوتر‌ها به عدم انسجام یا از دست دادن اطلاعاتی که زمانی اتفاق می‌افتد که یک سیستم کوانتومی به طور کامل جدا نشده است، محاسبات کوانتومی را بهبود می‌بخشند.

ایجاد ابررسان‌های توپولوژیک کیرال یک گام مهم در جهت محاسبات کوانتومی توپولوژیک است که می‌تواند برای استفاده گسترده مقیاس بندی شود. ابررسانایی توپولوژیک کیرال به سه ماده نیاز دارد: ابررسانایی، فرومغناطیس و یک خاصیت به نام نظم توپولوژیک. در این مطالعه، ما یک سیستم با هر سه این خواص تولید کردیم.

محققان از یک تکنیک به نام اپیتکسی پرتو مولکولی برای جمع آوری یک عایق توپولوژیک که مغناطیسی شده و یک کلکوژنید آهن (FeTe)، یک فلز انتقال امیدوار کننده برای استفاده از ابررسانایی ساخته شده است، استفاده کردند. عایق توپولوژیک یک آهنربا است-نوعی آهنربا که الکترون‌های آن به همان شیوه می‌چرخند در حالی که FeTe یک ضد آهنربا است که الکترون‌های آن در جهت‌های متناوب می‌چرخند. محققان از تکنیک‌های مختلف تصویربرداری و روش‌های دیگر برای مشخص کردن ساختار و خواص الکتریکی مواد ترکیبی حاصل استفاده کردند و وجود هر سه جزء مهم ابررسان توپولوژیک کیرال را در رابط بین مواد تأیید کردند.
کار قبلی در این زمینه بر ترکیب ابررسان‌ها و عایق‌های توپولوژیک غیر مغناطیسی متمرکز شده است. به گفته محققان، اضافه کردن آهنربا به ویژه چالش برانگیز بوده است.

تیم تحقیقاتی هنوز در حال بررسی این است که چرا ابررسانایی و فرومغناطیس در این سیستم همزیستی دارند.
چانگ گفت: در واقع بسیار جالب است، زیرا ما دو ماده مغناطیسی داریم که ابررسان نیستند، اما آن‌ها را با هم قرار می‌دهیم و رابط بین این دو ترکیب ابررسان بسیار قوی تولید می‌کند. کلکوژنید آهن ضد مغناطیسی است و ما پیش بینی می‌کنیم که خاصیت ضد مغناطیسی آن در اطراف رابط ضعیف شده است تا باعث ایجاد ابررسانایی نوظهور شود، اما ما به آزمایش‌های بیشتر و کار نظری برای تأیید اینکه آیا این درست است و روشن کردن مکانیسم ابررسانایی نیاز داریم.

محققان گفتند که آن‌ها معتقدند این سیستم در جستجوی سیستم‌های مادی که رفتار‌های مشابهی با ذرات ماژورانا دارند مفید خواهد بود، ذرات زیر اتمی نظری که برای اولین بار در سال ۱۹۳۷ فرض شده است. ذرات ماژورانا به عنوان ضد ذره خود عمل می‌کنند، یک خاصیت منحصر به فرد که به طور بالقوه می‌تواند به آن‌ها اجازه دهد به عنوان بیت کوانتومی در رایانه‌های کوانتومی استفاده شوند.

چانگ گفت: ارائه شواهد تجربی برای وجود Chiral Majorana یک گام مهم در ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی توپولوژیک خواهد بود. میدان ما گذشته‌ای سخت در تلاش برای پیدا کردن این ذرات نامشخص داشته است، اما ما فکر می‌کنیم این یک پلتفرم امیدوار کننده برای کشف فیزیک ماژورانا است.

انتهای پیام/