Kuantum hesaplama alanı, bir tutarlılık ve hata önleme artışı almış olabilir. parafermiyonlar şeklinde: maddenin özel bir durumunda sıvı gibi davranan gruplanmış elektronlar. Singapur’daki Nanyang Teknik Üniversitesi’nden bilim adamları (yeni sekmede açılır) elektronlar mutlak sıfıra (-273 santigrat derece) yakın sıcaklıkları koruduklarında parafermiyonlara yol açmayı umdukları deneysel sonuçları gösterdiler. Araştırma, elektronların güçlü etkileşimlere sahip olabileceği koşullar olduğunu göstererek bir atılım gerçekleştirdi – bilim adamlarının şimdiye kadar sadece teorileştirdiği bir şey.
Elektronların düzenli hareketi, elektrik olarak bildiğimiz şeye yol açar. Ancak elektronlar bu “düzenli” düzende hareket ederken bile aslında hareket etmezler. Negatif yüklü oldukları için, elektronlar birbirini iter, tek tek ve gelişigüzel bir şekilde farklı yönlerde (gaz gibi) hareket etme eğilimi gösterirler. Engelli sürücülere benzerler: yol boyunca birkaç “çarpma” ile hedeflerine ulaşabilirler. Ancak elektronlar bir sıvı gibi davrandığında, bozulmuş sürücüleri düzenli olanlarla değiştirmeye benzer; Çatışmaları azaltmak ve hedeflerine daha iyi ulaşmak için birbirlerinin sınırlarını, hızlarını ve yönlerini bilen ve saygı duyan sürücüler.
Tabii ki, bunlar gibi sürücüler çok teorik düşüncenin konusudur, ancak en azından güçlü elektron etkileşimlerinin var olduğu deneysel olarak kanıtlanmıştır.
Elektronlar, “sarmal Tomonaga-Luttinger sıvısı” olarak bilinen şeyde harekete geçirildiğinde, bunlar ile sistem arasında daha az parçacık etkileşimi ve enerji alışverişi olur. Bu da, kuantum sistemlerinde hataların ve çökmüş kuantum durumlarının sıklıkla nedeni olan sistemik ve çevresel müdahale miktarını azaltır. Daha önce mutlak sıfıra yakın soğutulan elektronlar da önemli bir elementtir, çünkü bazı malzemelerin bir süper iletken durumuna ulaşmasına izin verir, burada elektronlar herhangi bir elektriksel direnç olmadan yüzeyinden geçer ve olası çevresel müdahale unsurlarını daha da azaltır. Mutlak sıfıra (deneyde 4,5 Kelvin veya -269 santigrat dereceye kadar) soğutulan sistem, parçacıkları neredeyse hareketsiz hale gelecek şekilde yavaşlamaya zorlar.
Elektronlar (ve spin özellikleri) bir süredir kuantum programlanabilir parçacıklar olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle, elektron kontrolünde daha az bozulmaya yol açan iyileştirmeler, daha az hata ve daha iyi tutarlılık anlamına gelir; bu, bilgiyi depolayabilen veya işleyebilen gerçek kübitler için daha uzun ömür anlamına gelir. Aslında, bazı kuantum sistemleri (IBM’in Quantum One ve Quantum Two gibi) zaten süper iletken kübitleri kullanıyor.
Bu durumda, bilim adamları, atom kalınlığında tungsten ditellürid kristallerini biriktirdikleri atom kalınlığında bir grafen substratı kullandılar: “kuantum spin Hall yalıtkanı” olarak bilinen, kendi içinde yerçekimini yalıtan, ancak üzerinde elektronlar bulunan neredeyse iki boyutlu bir malzeme. dışarıda. Grafen/tungsten ditellürid substratı bir araya getirip mutlak sıfıra doğru soğuttuktan sonra, araştırma ekibi onu yüzeyinden sadece bir nanometre uzakta olan bir tarama tünelleme mikroskobu altına koydu: bir DNA zincirinden daha küçük ve şimdiye kadar üretilmiş herhangi bir transistörden daha küçük (hatta en yeni en iyi grafik kartlarına güç verenlere bakın).
Araştırmacılar, taramalı tünelleme mikroskobunun altına yerleştirilip mutlak sıfıra soğutulduğunda, grafen/tungsten substratındaki elektronların itme güçlerini artırdığını fark ettiler. İtmeleri o kadar güçlüydü ki, her elektronun itme alanı arasındaki etkileşim nedeniyle elektronlar topluca hareket etmeye zorlandı. Araştırmacılar, 0.21 ila 0.33 aralığında bir Luttinger parametresi kaydettiler. Bu parametre, parçacıklar arasındaki etkileşimlerin gücünü temsil eder; 1’e ulaştığında, etkileşimler en zayıf noktasındadır.
Luttinger parametresi 0,5’ten küçük olduğunda, etkileşimler güçlüdür ve elektronlar toplu harekete zorlanır. Bu, parafermiyonların var olduğu tahmin edilen alandır” dedi. “Luttinger parametresi yalnızca 0 ile 1 arasında değişebildiğinden, bu gerçekten dikkate değer bir varyasyon aralığıdır,” diye devam etti. “Luttinger parametresinin bu kadar düşük değerlerde kontrolü, daha önce hiçbir sarmal Tomonaga-Luttinger sıvısında gözlemlenmemiştir.”
Ekip şimdi, NTU Singapur’un bu yılın başlarında inşa edilen yeni Ultra Düşük Titreşim Laboratuvarı’ndan yararlanarak sıcaklıkları daha da düşürmeyi planlıyor. Laboratuar, 150 millikelvin (mK) gibi daha düşük sıcaklıklarda deneylerin yapılmasına izin verecek – mutlak sıfıra daha da yakın, bu da araştırmacıların elektronlar arasında daha güçlü itme ve parafermiyon gruplarının gerçek tanıklığını görmelerini sağlamalıdır.
İlginç bir şekilde, araştırmacıların yaklaşımı, Microsoft’un sözde topolojik kübitleri ve onların gerekli (ve hala eylemde eksik olan) Majorana modlarını uygulama yarışıyla bir şekilde bağlantılı görünüyor.
