Значительный прорыв означает, что исследователи впервые нашли способ раз и навсегда определить, может ли материал эффективно использоваться в определенных микрочипах для квантовых вычислений.

Основные результаты были опубликованы сегодня в академическом журнале Science и являются результатом крупного международного сотрудничества, которое включает ведущую теоретическую работу профессора Дж. Данг-Хай Ли из Калифорнийского университета в Беркли и синтез материалов профессоров Шен Рана и Джона Пьера Пальоне из Вашингтонского университета в Сент-Луисе и Университета Мэриленда соответственно.

Используя оборудование, имеющееся только в трех лабораториях по всему миру, исследователи из Davis Group, базирующейся в Калифорнийском технологическом институте, смогли окончательно определить, обладает ли дителлурид урана (UTe ₂), который является известным сверхпроводником, характеристиками, необходимыми для того, чтобы быть внутренним топологическим сверхпроводником.

Топологический сверхпроводник - это уникальный материал, на поверхности которого находятся новые квантовые частицы, называемые майорановскими фермионами. Теоретически они могут быть использованы для стабильного хранения квантовой информации, не будучи нарушенными шумом и беспорядком, которые преследуют современные квантовые компьютеры. Физики десятилетиями охотились за собственным топологическим сверхпроводником, но ни один из когда-либо обнаруженных материалов не соответствовал всем требованиям.

UTe ₂ считался сильным материалом-кандидатом на обладание собственной топологической сверхпроводимостью с момента его открытия в 2019 году, однако ни одно исследование окончательно не оценило его пригодность - до сих пор.

Используя сканирующий туннельный микроскоп (STM), работающий в новом режиме, изобретенном Семусом Дэвисом, профессором квантовой физики Калифорнийского университета, команда, возглавляемая Джо Кэрроллом, научным сотрудником Davis Group, и Куанышем Жусупбековым, аспирантом Марии Кюри, смогла раз и навсегда заключить, является ли UTe ₂ это правильный вид топологического сверхпроводника.

Эксперименты, проведенные с использованием STM "Андреев", были найдены только у проф. Лаборатории Дэвиса в Корке, Оксфордского университета в Великобритании и Корнеллского университета в Нью-Йорке обнаружили, что UTe ₂ действительно является внутренним топологическим сверхпроводником, но не совсем того типа, который искали физики.

Однако первый в своем роде эксперимент сам по себе является прорывом.

Когда его спросили об эксперименте, мистер Кэрролл описал его следующим образом: "Традиционно исследователи искали топологические сверхпроводники, проводя измерения с помощью металлических зондов. Они делают это потому, что металлы - простые материалы, поэтому они практически не играют никакой роли в эксперименте. Что нового в нашей методике, так это то, что мы используем другой сверхпроводник для зондирования поверхности UTe ₂. Поступая таким образом, мы исключаем нормальные поверхностные электроны из наших измерений, оставляя позади только майорановские фермионы".

Кэрролл далее подчеркнул, что этот метод позволил бы ученым напрямую определить, подходят ли другие материалы для топологических квантовых вычислений.

Квантовые компьютеры способны за считанные секунды решать сложные математические задачи, на решение которых компьютерам нынешнего поколения потребовались бы годы. Прямо сейчас правительства и компании по всему миру наперегонки разрабатывают квантовые процессоры со все большим количеством квантовых битов, но непостоянная природа этих квантовых вычислений сдерживает значительный прогресс.

Ранее в этом году Microsoft анонсировала Majorana 1, который, по словам компании, является "первым в мире квантовым процессором (QPU), работающим на топологическом ядре".

Microsoft объяснила, что для достижения этого прогресса потребовались синтетические топологические сверхпроводники, основанные на тщательно спроектированных наборах обычных материалов.

Однако новая работа группы Дэвиса означает, что ученые теперь могут найти отдельные материалы для замены этих сложных схем, что потенциально приведет к повышению эффективности квантовых процессоров и позволит разместить гораздо больше кубитов на одном чипе, тем самым приближая нас к следующему поколению квантовых вычислений.