Εξωτική μορφή ύλης για κβαντικούς υπολογιστές

Φυσικοί του MIT προβλέπουν τη δυνατότητα δημιουργίας μιας εξωτικής μορφής ύλης που μπορεί να αποτελέσει τα θεμέλια για τα κβαντικά bits, ή αλλιώς qubits, των μελλοντικών κβαντικών υπολογιστών. Οι υπολογιστές αυτοί θα είναι ακόμα πιο ισχυροί από τους σημερινούς. Η εργασία αυτή βασίζεται στην περσινή ανακάλυψη υλικών που φιλοξενούν ηλεκτρόνια τα οποία μπορούν να διασπαστούν σε κλάσματα του εαυτού τους χωρίς την ανάγκη εφαρμογής μαγνητικού πεδίου.

Η Ιστορία των Ηλεκτρονίων

Η γενική φαινόμενη διάσπαση των ηλεκτρονίων ανακαλύφθηκε το 1982 και οδήγησε σε βράβευση με Νόμπελ. Ωστόσο, εκείνη η εργασία απαιτούσε μαγνητικό πεδίο. Η δυνατότητα δημιουργίας κλασματοποιημένων ηλεκτρονίων χωρίς μαγνητικό πεδίο ανοίγει νέους δρόμους για βασική έρευνα και καθιστά τα υλικά που τα φιλοξενούν πιο χρήσιμα για εφαρμογές. Όταν τα ηλεκτρόνια διασπώνται, τα κλάσματά τους ονομάζονται anyons. Τα anyons που ανακαλύφθηκαν το 2023 είναι γνωστά ως Abelian anyons.

Η Δυνατότητα των Non-Abelian Anyons

Σύμφωνα με το άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters, η ομάδα του MIT σημειώνει ότι είναι δυνατό να δημιουργηθεί η πιο εξωτική κατηγορία anyons, τα non-Abelian anyons. Αυτά έχουν την ικανότητα να “θυμούνται” τις χωροχρονικές τους διαδρομές, κάτι που μπορεί να είναι χρήσιμο για την κβαντική υπολογιστική. Ο καθηγητής Liang Fu υπογραμμίζει ότι τα πειράματα του 2023 ξεπέρασαν τις θεωρητικές προσδοκίες, προτρέποντας τους θεωρητικούς να είναι πιο τολμηροί.

Η Σημασία των Δισδιάστατων Υλικών

Η τρέχουσα εργασία καθοδηγήθηκε από πρόσφατες εξελίξεις στα δισδιάστατα υλικά, τα οποία αποτελούνται από ένα ή λίγα στρώματα ατόμων. Αυτά τα υλικά, γνωστά ως moiré υλικά, μπορούν να στοιβάζονται και να περιστρέφονται, δημιουργώντας δομές με ασυνήθιστες ιδιότητες. Τα anyons μπορούν να σχηματιστούν μόνο σε δισδιάστατα υλικά, και τα πειράματα του 2023 έδειξαν ότι αυτό είναι δυνατό σε moiré υλικά.

Προοπτικές για το Μέλλον

Η ομάδα του MIT έδειξε ότι είναι δυνατό να δημιουργηθούν non-Abelian anyons σε moiré υλικό από στρώματα μονοθειούχου μολυβδαινίου. Ο Paul αναφέρει ότι τα moiré υλικά έχουν ήδη αποκαλύψει συναρπαστικές φάσεις ύλης τα τελευταία χρόνια, και η εργασία τους δείχνει ότι οι non-Abelian φάσεις μπορούν να προστεθούν στη λίστα.

Η εργασία υποστηρίχθηκε από το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ και άλλους οργανισμούς. Οι συγγραφείς αναγνωρίζουν επίσης τη συμβολή του MIT SuperCloud και του Lincoln Laboratory Supercomputing Center.