Forskare gör kvantgenombrott med ny typ av Qubit

Topologiska kvantbitar undersöks för att göra genombrott i utvecklingen av en kvantdator designad för universella tillämpningar, men ingen har kunnat demonstrera en kvantbit som denna i ett labb. 

I vad som är ett stort genombrott har forskare från Forschungszentrum Jülich framgångsrikt integrerat en topologisk isolator i en konventionell supraledande qubit för första gången. 

Den nya forskningen publicerades i tidskriften Nano bokstäver.

Forskargruppen leddes av Dr Peter Schüffelgen vid Peter Grünberg Institute (PGI-9) i Forschungszentrum Jülich

Att lösa de mest komplexa problemen

Kvantdatorer har en enorm potential för framtiden. Med kvanteffekter kan dessa maskiner leverera lösningar för några av de mest komplexa problemen som inte går att bearbeta av konventionella datorer inom en realistisk tidsram. Även med dessa nya framsteg kräver den utbredda användningen och implementeringen av kvantdatorer fortfarande mycket arbete.

Nuvarande maskiner innehåller vanligtvis bara ett litet antal qubits, och de är ofta benägna att fel. När systemet ökar i storlek ökar också svårigheten att helt isolera det från omgivningen. 

Den topologiska Qubit

På grund av detta hoppas många experter att en ny typ av kvantbit som kallas en topologisk qubit kan lösa dessa problem. Forskare är inte de enda som arbetar med detta, men det är även stora företag som Microsoft. Den topologiska qubiten uppvisar den speciella egenskapen att vara topologiskt skyddad. Den geometriska strukturen hos supraledarna och deras speciella elektroniska materialegenskaper säkerställer också att kvantinformationen behålls. 

Med tanke på dessa egenskaper anses topologiska qubits vara extremt robusta och till stor del immuna mot externa källor till dekoherens. De har också snabba kopplingstider jämfört med konventionella supraledande qubits som används av företag som Google och IBM.

Även med dessa progressioner är forskarna fortfarande osäkra på om de kan producera topologiska qubits på grund av brist på lämplig materialbas. Detta innebär att experter inte experimentellt kan generera de speciella kvasipartiklar som behövs. Dessa kvasipartiklar, eller Majorana-tillstånd, har bara kunnat påvisas i teorin. 

Med det sagt öppnar dessa hybrid qubits upp helt nya möjligheter, och de kan leda till skapandet av nya material.