İtalyan fizikçi Ettore Majorana’nın adını taşıyan Majorana parçacıkları, parçacık fiziği alanındaki büyüleyici varlıklardır. Eşsizdirler çünkü kendi antiparçacıkları olma gibi dikkate değer bir özelliğe sahiptirler. Bu yakalanması zor parçacıklar, kuantum hesaplamada devrim yaratma ve temel fiziğin anlaşılmasına katkıda bulunma potansiyeline sahiptir ve bilimsel araştırmanın geleceği için heyecan verici olanaklar sunar.
Mart 2022’de Microsoft, tezahürüyle ilgili araştırma bulgularını duyurdu. oldukça dayanıklı kuantum bitlerini işlemek için potansiyel olarak kullanılabilecek benzersiz bir parçacık. Ancak, Basel Üniversitesi araştırmacıları şu anda sözde Majorana parçacıklarıyla ilgili bu sonuçları sorguluyorlar. Sonuçların farklı şekilde açıklanabileceğini gösteren hesaplamalar yaptılar.
1938’de parlak bir zihin gizemli bir şekilde ortadan kayboldu: genç İtalyan fizikçi Ettore Majorana, Palermo’dan Napoli’ye bir feribot bileti aldıktan sonra ortadan kaybolmuş gibiydi. gezegenin yüzünden. Sadece aylar önce, tuhaf bir parçacık türü önermişti. Bu parçacıkların kendi anti-parçacıkları olmaları ve elektrik yükü taşımamaları gerekiyordu.
Son birkaç yılda, fizikçiler arasında, kayıp mucitlerinin adını taşıyan bu gizemli parçacıklara olan ilgi yeniden arttı. (kayboluşu bugüne kadar açıklanamamıştır). Parçacıkların muhtemelen kuantum bilgisayarlarda özellikle güçlü kuantum bitleri olarak kullanılabileceği ortaya çıktı.
Çok ince nanotellerdeki düzensizlik, Majorana’nın kanıtı olarak yanlış yorumlanabilecek ölçüm sonuçlarına yol açabilir. parçacıklar. Kredi: Basel Üniversitesi, Fizik Bölümü
İnanılmaz bilgi işlem gücü vaat eden bu tür bilgisayarların yapımındaki en büyük engel eşevresizliktir – başka bir deyişle, çevreden gelen rahatsızlıkların kuantum bilgisayarların hesaplamalar yaptığı hassas kuantum durumlarını çok hızlı bir şekilde yok eder. Bununla birlikte, Majorana parçacıkları kuantum bitleri olarak kullanılabilseydi, özel özelliklerinden dolayı eşevresizliğe karşı yerleşik bir bağışıklığa sahip oldukları için bu sorun anında çözülebilirdi.
Azaltılmış beklentiler
İçinde Physical Review Letters bilimsel dergisinde yayınlanan bir araştırmaya göre, Basel Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, yakın gelecekte hesaplama için Majorana parçacıklarını kullanma beklentilerini azalttı. Prof. Jelena Klinovaja liderliğindeki ekip, Microsoft tarafından 2022’de yayınlanan ve şirketin laboratuvarlarında Majorana parçacıklarının tespit edildiğini gösteren sonuçlara göre su tutmayabileceğini gösterdi.
“Microsoft’un izlediği yol deneyleriyle birlikte almak kesinlikle doğru olanı,” diyor Ph.D. öğrenci ve çalışmanın ilk yazarı, “ancak hesaplamalarımız, ölçüm verilerinin Majorana parçacıklarıyla hiçbir ilgisi olmayan diğer etkilerle de açıklanabileceğini gösteriyor.”
Egzotik parçacıkları aramak, en yüksek düzeyde dedektiflik işidir. düzen ve müfettişlerin sadece birkaç ipucuna güvenmeleri gerekiyor. Bu ipuçlarını, bir insan saçından bin kat daha ince olan yarı iletken bir malzemeden yapılmış bir süper iletkene bağlı bir nanotel kullanarak ararlar. Böyle bir sistemde, yarı iletkendeki elektronların ve deliklerin eşleşerek Majorana parçacıkları gibi davranan yarı parçacıklar oluşturabileceğinden şüpheleniliyor.
Karakteristik anormallikler
İletkenlik ölçümleri yoluyla, Microsoft’taki uzmanlar bu tür Majorana eyaletlerinin karakteristiği olan bir anormallik tespit etti ve ayrıca süperiletken-nanotel-kombinasyonunun süperiletken özelliklerinin, uygulanan bir manyetik alana, sözde bir topolojik fazın varlığını düşündürecek şekilde yanıt verdiğini gösterdi.
{6 }Matematikte, topoloji, örneğin, saplı (“delik”) bir kahve fincanına bakılarak açıklanabilir; ama bir küreye değil (“delik” yok). Majorana eyaletlerinde ise tersine, eşevresizliğe karşı çok gıpta edilen bağışıklıklarından topoloji sorumludur.
“Artık Microsoft’un deneylerini matematiksel olarak modelledik ve ölçümlerin başka – ‘önemsiz’ özelliklere sahip olup olmayacağını bulmaya çalıştık. , bilimsel jargonda – açıklamalar,” diye açıklıyor Klinovaja’nın grubunda postdoc olan Henry Legg. Aslında Basel araştırmacıları, hem mevcut anomalinin hem de süperiletken özelliklerin, nanotelin içindeki safsızlıklardan kaynaklanan küçük bir düzensizlik tarafından yeniden üretilebileceği sonucuna vardılar.
“Sonuçlarımız, düzensizliğin önemli bir rol oynadığını açıkça gösteriyor. Bu tür deneylerde rol oynar,” diyor Jelena Klinovaja. Majorana durumlarını açık bir şekilde tespit etmek ve bunları kuantum bilgisayarlarda kullanmak için, sonunda daha da saf nanotellere ihtiyaç duyulacaktır. Bu aynı zamanda önümüzdeki birkaç yılda deneysel zorlukların eksik olmayacağı anlamına gelir.
Referans: “Uzun Rashba Nanotellerinin Yerel Olmayan İletkenliğinde Topolojik Yığın Boşluğun Yeniden Açılmasını Taklit Eden Önemsiz Andreev Bandı”, Richard Hess, Henry F . Legg, Daniel Loss ve Jelena Klinovaja, 15 Mayıs 2023, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.207001