Quantenphysik mit Majorana-Fermionen
Die Quantenphysik bietet viele faszinierende Phänomene, die einen entscheidenden Einfluss auf das Quanten-Computing haben könnten. Eines davon sind Majorana-Fermionen in kondensierten Materiesystemen, die in den 1930er Jahren erstmals vorhergesagt wurden. In jüngster Zeit fanden Forscher heraus, dass einige interagierende Systeme in der Physik der kondensierten Materie Majorana-Fermionen in neuen Formen produzieren können, was zu Kandidatensystemen für topologische Supraleiter führt. Dieses Phänomen ist für die Physiker immer noch schwer fassbar und erfordert fortgeschrittene Methoden, um seine Geheimnisse mit der Unterstützung von nicht-abelschen Statistiken aufzudecken. Zu diesem Zweck befasste sich das EU-finanzierte Projekt DMMMTS (Detection and manipulation of Majorana modes in topological superconductors) mit der Erforschung von Majorana-Fermionen, um sie in der universellen Quantenberechnung einzuführen. Es konzipierte ein Gerät namens Majorana-Transmon-Qubit, das Majorana-Quasipartikel in aktuelle Qubit-Architekturen integriert und ihre Eigenschaften ausnutzt, um Quanteninformationen zu schützen. Um seine Ziele zu erreichen, identifizierte das Projektteam die elektromagnetischen Eigenschaften des vorgeschlagenen Geräts und ermittelte zwei sehr wichtige Aspekte. Der erste beinhaltet die Entdeckung eines geschützten Dubletts, das nicht leicht in die elektromagnetische Umgebung eindringt und das Qubit vor der Entkräftung schützt, obwohl es offen für die Manipulation ist. Der zweite ist die Fähigkeit, die Anwesenheit der Majorana-Quasipartikel zu messen, indem Paritätsinterferenzphänomene im Mikrowellenabsorptionsspektrum erfasst werden. Parallel dazu war das Team in der Lage, die Anwesenheit von Majorana-Randzuständen oder neutralen Randzuständen durch die Erforschung thermoelektrischer Effekte zu identifizieren. Es validierte erfolgreich eine neu konzipierte Methode, um neutrale Randzustände im Quanten-Hall-Regime zu erkennen. Weiterhin erforschten die Forscher Signaturen der Kopplung von Majorana-Fermionen an einen Fermion-Lead, was auch Erkenntnisse über das Verhalten von Majorana-Fermionen in mesoskopischen Geometrien lieferte. Eines der wichtigsten Projektergebnisse war der Beweis, dass Majorana-Quasipartikel ihre einzigartigen Quantenstatistiken beibehalten, auch wenn sie sich innerhalb kritischer Systeme unabhängig von ihrem übergeordneten Supraleiter ausbreiten. DMMMTS entwickelte eine neue Methode zur Berechnung der adiabatischen abelschen Phase, die mit einem Wirbelaustausch in p-Wellen-Supraleitern assoziiert wird. Dies ergab wichtige Informationen über das Verhalten von Wirbeln, die Majorana-Fermionen in topologischen Supraleitern tragen. Die Fortschritte in diesem Bereich der Forschung kommen dem Quanten-Computing sehr zugute.
Schlüsselbegriffe
Quantenphysik, Majorana-Fermionen, topologische Supraleiter, Quantencomputer, DMMMTS
