חוקרים ב-QuTech יצרו חלקיקי Majorana במישור דו-ממדי על ידי פיתוח מכשירים המשתמשים במוליכי-על ומוליכים למחצה, המאפשרים ניסויים שלא היו נגישים בעבר. התקדמות זו עשויה להוביל לקיוביטים מיורנה יציבים ומוגנים טופולוגית, ולהועיל באופן משמעותי למחשוב קוונטי.
חוקרים חידשו שיטה דו-ממדית לייצור חלקיקי Majorana, במטרה לשפר את המחשוב הקוונטי עם קיוביטים יציבים ויעילים.
חוקרים ב-QuTech גילו שיטה ליצור חלקיקי מיורנה בתוך מישור דו מימדי. הם השיגו זאת על ידי תכנון מכשירים המנצלים את התכונות הסינרגטיות של מוליכים ו מוליכים למחצה. הרבגוניות של פלטפורמת דו-ממד חדשנית זו מאפשרת ניסויים שלא היו ניתנים להשגה עד כה, הכוללים Majoranas. הממצאים מפורטים בכתב העת טֶבַע.
מחשבים קוונטיים פועלים באופן שונה מהותית ממחשבים קלאסיים. בעוד מחשבים קלאסיים משתמשים בסיביות כיחידת המידע הבסיסית, שיכולה להיות 0 או 1, מחשבים קוונטיים משתמשים בקיוביטים, שיכולים להתקיים במצב של 0, 1 או שניהם בו זמנית. עקרון סופרפוזיציה זה, בשילוב עם אלגוריתמים קוונטיים חדשים יכולים לאפשר למחשבים קוונטיים לפתור בעיות מסוימות בצורה יעילה הרבה יותר ממחשבים קלאסיים. עם זאת, הקיוביטים המאחסנים מידע קוונטי זה הם מטבעם שבירים יותר מביטים קלאסיים.
קיוביטים יציבים מטבעם
קיוביטים של מיורנה מבוססים על מצבי חומר המוגנים טופולוגית. המשמעות היא שהפרעות מקומיות קטנות אינן יכולות להרוס את מצב הקיוביט. החוסן הזה להשפעות חיצוניות הופך קיוביטים של Majorana לנחשקים מאוד עבורם מחשוב קוונטימכיוון שמידע קוונטי המקודד במצבים אלה יישאר יציב למשך זמן ארוך יותר באופן משמעותי.
חלקיקי מיורנה בשני מימדים
הפקת קיוביט מיורנה מלא דורשת מספר שלבים. הראשון שבהם הוא היכולת להנדס בצורה מהימנה את Majoranas ולהוכיח שהם אכן בעלי המאפיינים המיוחדים שהופכים אותם למועמדים מבטיחים לקיוביטים. בעבר, חוקרים ב-QuTech – שיתוף פעולה בין ה-TU Delft ו-TNO – השתמשו בננו-תיל חד-ממדי כדי להדגים גישה חדשה לחקר Majoranas על ידי יצירת שרשרת Kitaev. בגישה זו, שרשרת של נקודות קוונטיות מוליכים למחצה מחוברות באמצעות מוליכים על מנת לייצר Majoranas.
להרחבה של תוצאה זו לשני ממדים יש כמה השלכות חשובות. המחבר הראשון Bas ten Haaf מסביר: "על ידי יישום שרשרת Kitaev בשני מימדים, אנו מראים שהפיסיקה הבסיסית היא אוניברסלית ובלתי תלויה בפלטפורמה." עמיתו והמחבר הראשון שלו, צ'ינגז'נג וואנג, מוסיף: "בהתחשב באתגרים ארוכי השנים עם יכולת השחזור במחקר מיורנה, התוצאות שלנו באמת מעודדות."
מסלול לכיוון Majorana qubits
היכולת ליצור שרשראות Kitaev במערכות דו מימדיות פותחת מספר אפיקים למחקר עתידי של Majorana. החוקר הראשי Srijit Goswami מסביר: "אני מאמין שאנחנו עכשיו במצב שבו אנחנו יכולים לעשות פיזיקה מעניינת עם Majoranas כדי לחקור את התכונות הבסיסיות שלהם. לדוגמה, אנו יכולים להגדיל את מספר האתרים בשרשרת Kitaev ולחקור באופן שיטתי את ההגנה על חלקיקי Majorana. בטווח הארוך יותר, הגמישות והמדרגיות של פלטפורמת הדו-ממד אמורות לאפשר לנו לחשוב על אסטרטגיות קונקרטיות ליצירת רשתות של Majoranas ולשלב אותן עם אלמנטים עזר הדרושים לשליטה וקריאה של קיוביט Majorana."
