Teleportatie van Majorana-deeltjes?
Erik Bakkers, hoogleraar Advanced Nanomaterials & Devices, onderzoekt een nieuw nanomateriaal. Hiermee hoopt hij de teleportatie van Majorana-deeltjes onomstotelijk aan te tonen. Dat is een essentiële stap voor de bouw van een Majorana-quantumcomputer. Bakkers ontvangt een Advanced Grant van 2,5 miljoen euro van de European Research Council (ERC) om dit onderzoek uit te voeren.
Erik Bakkers, hoogleraar Advanced Nanomaterials & Devices aan de TU Eindhoven, onderzoekt een nieuw nanomateriaal. Hiermee hoopt hij de teleportatie van Majorana-deeltjes onomstotelijk aan te tonen. Dat is een essentiële stap voor de bouw van een Majorana-quantumcomputer. Bakkers ontvangt een Advanced Grant van 2,5 miljoen euro van de European Research Council (ERC) om dit onderzoek uit te voeren.
Bakkers: “Die resultaten zijn extreem belangrijk, maar lieten ons ook zien dat de huidige combinatie van halfgeleider (indiumantimonide) en supergeleider (aluminium) niet ideaal is voor de volgende stap in het Majorana-onderzoek.” De overgang tussen deze twee materialen is namelijk niet heel scherp, omdat het aluminium chemisch reageert met het indiumantimonide. Daarnaast zijn er sterke magneetvelden nodig om in de vereiste topologische toestand te komen, en dat is erg moeilijk. De topologie moet het Majorana-deeltje namelijk beschermen, waardoor het veel stabieler is dan andere quantumtoestanden.
Bakkers: “Als ik bijvoorbeeld het elektrisch veld aan de ene kant wijzig, moet tegelijkertijd het deeltje aan de andere kant dezelfde wijziging vertonen.” Kwantumteleportatie vormt de basis van de qubit, de bouwsteen van de Majorana-kwantumcomputer. “Die toepassing staat aan de verre horizon,” aldus Bakkers.
Bron: TU Eindhoven
Kwantumchip
De toekenning van Erik Bakkers borduurt voort op een eerdere ERC Consolidator Grant uit 2013, die in 2017 culmineerde in een geavanceerde quantumchip met nano-hashtags , waarmee in 2018 de lang verwachte zero-bias-piek werd aangetoond met exact dezelfde hoogte als voorspeld door de Majorana-theorie (zie Elektor-nieuws van 4 april 2018).Bakkers: “Die resultaten zijn extreem belangrijk, maar lieten ons ook zien dat de huidige combinatie van halfgeleider (indiumantimonide) en supergeleider (aluminium) niet ideaal is voor de volgende stap in het Majorana-onderzoek.” De overgang tussen deze twee materialen is namelijk niet heel scherp, omdat het aluminium chemisch reageert met het indiumantimonide. Daarnaast zijn er sterke magneetvelden nodig om in de vereiste topologische toestand te komen, en dat is erg moeilijk. De topologie moet het Majorana-deeltje namelijk beschermen, waardoor het veel stabieler is dan andere quantumtoestanden.
Robuust kristalrooster
Met de Advanced Grant wil Bakkers daarom een nieuwe materiaalcombinatie ontwikkelen: topologische kristallijne isolator-nanodraden van tin-telluride gekoppeld aan een supergeleidende laag van lood. Dit materiaal is van nature al in een topologische toestand die wordt gevormd door de symmetrie van het kristalrooster. Omdat het kristalrooster van dit materiaal heel eenvoudig is (hetzelfde als van keukenzout) is alles veel robuuster. Lood is bovendien een betere supergeleider dan aluminium ; deze combinatie moet het eenvoudiger maken om Majorana-toestanden te vinden en te manipuleren.Groeiproces
Bakkers start het onderzoek, dat valt binnen het vorig jaar opgerichte Center for Quantum Materials and Technology Eindhoven (QT/e), met het groeien van hoge kwaliteit tin-telluride-nanodraden. Voor dit groeiproces wil hij bovendien een strategie inzetten die nog niet eerder is gebruikt voor deze materialen: een hoog-vacuumtechniek (Molecular Beam Epitaxy) die moet resulteren in een extreem zuiver materiaal.Teleporteren van eigenschappen
“De resultaten uit het eerdere ERC-onderzoek gaven al sterke aanwijzingen voor de aanwezigheid van Majorana-deeltjes. Maar om het bestaan echt aan te kunnen tonen moeten twee dingen bewezen worden: teleportatie en verstrengeling. Met de nieuwe beurs wil ik teleportatie bewijzen,” aldus Bakkers. Hiervoor moet een verstrengeld deeltjespaar aan beide kanten van de nanodraad verschijnen en deze toestanden moeten gekoppeld zijn.Bakkers: “Als ik bijvoorbeeld het elektrisch veld aan de ene kant wijzig, moet tegelijkertijd het deeltje aan de andere kant dezelfde wijziging vertonen.” Kwantumteleportatie vormt de basis van de qubit, de bouwsteen van de Majorana-kwantumcomputer. “Die toepassing staat aan de verre horizon,” aldus Bakkers.
Bron: TU Eindhoven
