La fisica quantistica accetta i fermioni di Majorana
La fisica quantistica vanta molti affascinanti fenomeni che potrebbero avere un impatto importante sull'informatica quantistica. Uno di questi riguarda i fermioni di Majorana nei sistemi di materia condensata, teorizzati nel 1930. Più recentemente, i ricercatori hanno scoperto che alcuni sistemi interagenti in fisica della materia condensata possono produrre fermioni di Majorana in nuove forme, creando sistemi candidati conosciuti come superconduttori topologici. Questo fenomeno è ancora sfuggente ai fisici, che richiedono metodi avanzati per individuarne i segreti con il supporto delle statistiche non-abeliane. A tale fine, il progetto DMMMTS (Detection and manipulation of Majorana modes in topological superconductors), finanziato dall'UE, è nato con l'obiettivo di studiare i fermioni di Majorana e utilizzarli in ambito di informatica quantistica universale. Il progetto ha concepito un dispositivo chiamato Majorana-Transmon qubit, il quale incorpora le quasiparticelle di Majorana nelle attuali architetture qubit e ne sfrutta le proprietà per proteggere le informazioni quantistiche. Al fine di raggiungere i propri scopi, il team del progetto ha identificato le proprietà elettromagnetiche del dispositivo proposto, individuando due aspetti molto importanti. Il primo riguarda la scoperta di un doppietto protetto che non viene facilmente attratto dall'ambiente elettromagnetico e protegge il qubit dalla decoerenza, pur essendo aperto alla manipolazione. Il secondo rappresenta la capacità di misurare la presenza delle quasiparticelle di Majorana rilevando i fenomeni di interferenza di parità nello spettro di assorbimento delle microonde. In parallelo, il team è stato in grado di identificare la presenza di stati di confine di Majorana o stati di confine neutrali mediante l'analisi degli effetti termoelettrici. Il team ha convalidato un metodo di nuova concezione per rilevare gli stati di confine neutrale nel regime dell'effetto Hall quantistico. Inoltre, sono state ricercate le firme di accoppiamento tra fermioni di Majorana e una traccia relativa ai fermioni, il che ha rivelato anche dati sul comportamento dei fermioni di Majorana all'interno di geometrie mesoscopiche. Uno dei risultati principali del progetto coinvolge la dimostrazione del fatto che le quasiparticelle di Majorana mantengono le proprie statistiche quantistiche uniche anche quando si propagano all'interno di sistemi critici, indipendente dal relativo superconduttore di origine. Il progetto DMMMTS ha sviluppato un nuovo metodo per calcolare la fase adiabatica abeliana connessa con uno scambio di vortice nei superconduttori caratterizzati da onda di pressione. Ciò ha rivelato informazioni chiave sul comportamento dei vortici che trasportano i fermioni di Majorana all'interno dei superconduttori topologici. I progressi in questo campo di ricerca fanno ben sperare per il settore dell'informatica quantistica.
Parole chiave
Fisica quantistica, fermioni di Majorana, superconduttori topologici, informatica quantistica, DMMMTS
