Fizyka kwantowa a fermiony Majorany
Fizyka kwantowa charakteryzuje się wieloma fascynującymi zjawiskami, które mogą mieć istotny wpływ na obliczenia kwantowe. Jednym z nich są fermiony Majorany w systemach materii skondensowanej, których istnienie przewidziano po raz pierwszy w latach 30. XX wieku. Niedawno badacze odkryli, że niektóre wzajemnie oddziaływujące systemy w fizyce materii skondensowanej mogą produkować fermiony Majorany w nowych formach, tworząc systemy, znane jako nadprzewodniki topologiczne. Zjawisko to jest nadal nieuchwytne dla fizyków i aby poznać jego tajemnice, potrzebne jest zastosowanie zaawansowanych metod i statystyk nieabelowych. W ramach finansowanego przez UE projektu EU-funded DMMMTS (Detection and manipulation of Majorana modes in topological superconductors) postanowiono zbadać fermiony Majorany i wykorzystać w tym celu uniwersalne obliczenia kwantowe. Stworzono urządzenie o nazwie Majorana-Transmon qubit, które umieszcza kwazicząstki Majorany w obecnej architekturze kubitowej i wykorzystuje ich właściwości w celu ochrony informacji kwantowej. Aby osiągnąć cele projektu, zespół określił właściwości elektromagnetyczne proponowanego urządzenia, wskazując na dwa bardzo ważne aspekty. Pierwszy dotyczy odkrycia zabezpieczonego dubletu, który nie przywiera łatwo do środowiska elektromagnetycznego i zabezpiecza kubit przed dekoherencją, mimo że pozostaje otwarty na manipulacje. Drugi aspekt to możliwość pomiaru obecności kwazicząstek Majorany poprzez wykrywanie zjawisk interferencji parzystości w widmie absorpcyjnym mikrofal. Jednocześnie zespołowi udało się zidentyfikować obecność stanów krawędziowych Majorany lub stanów zerowej energii w pobliżu krawędzi poprzez badania efektów termoelektrycznych. To potwierdziło prawidłowość nowo opracowanej metody wykrywania stanów neutralnych w reżimie kwantowego efektu Halla. Ponadto naukowcy zbadali sprzężenie fermionów Majorany z liniami fermionowymi, co umożliwiło również pozyskanie danych na temat zachowania fermionów Majorany w geometrii mezoskopowej. Jednym z głównych rezultatów projektu jest udowodnienie, że kwazicząstki Majorany utrzymują swoje unikalne statystyki kwantowe nawet wtedy, gdy rozprzestrzeniają się wewnątrz krytycznych systemów niezależnych od ich nadrzędnego nadprzewodnika. W ramach projektu DMMMTS opracowano nową metodę obliczania adiabatycznej fazy abelowej związanej z wymianą wirów kwantowych w nadprzewodnikach typu p-wave. To ujawniło kluczowe informacje na temat zachowania wirów kwantowych, które przenoszą fermiony Majorany w nadprzewodnikach topologicznych. Postępy w tej dziedzinie badań są dobrą prognozą na przyszłość obliczeń kwantowych.
Słowa kluczowe
Fizyka kwantowa, fermiony Majorany, nadprzewodniki topologiczne, obliczenia kwantowe, DMMMTS
