01.08.2019

Majoranas an der Küste

Ränder von Eiseninseln auf supraleitendem Rhenium zeigen Majorana-Zustände.

Wissenschaftler der Universität Hamburg haben weltweit erstmalig Majorana-Zustände an den Rändern von atomaren Eiseninseln auf supraleitendem Rhenium nachgewiesen. Solche Majorana-Teilchen sind exotische Quasiteilchen und gelten als vielversprechende Bausteine für zukünftige Quantencomputer. Das Hauptproblem bei der Realisierung eines Quantencomputers stellt die Sensitivität von Quantenzuständen gegenüber äußeren Störeinflüssen dar. Majorana-Teilchen erwecken seit einigen Jahren große Hoffnung für die Zukunft von Quantencomputern, da sie außerordentlich unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen sind.
 

Abb.: Illustration einer atomar hohen Eiseninsel (gelb) auf einem...
Abb.: Illustration einer atomar hohen Eiseninsel (gelb) auf einem supraleitenden Rhenium-Kristall mit einem Majorana-Randzustand (rot) an der Peripherie. (Bild: U. Hamburg / MIN / Kim / Wiesendanger)

Die Hamburger Forschungsgruppe unter der Leitung von Roland Wiesendanger hatte bereits im vergangenen Jahr Majorana-Zustände an den Enden von magnetischen Ketten aus einzelnen Eisenatomen auf einem supraleitenden Rhenium-Kristall beobachtet. Dem gleichen Team ist nun die direkte Beobachtung von Majorana-Zuständen an den Rändern von Eiseninseln – die nur eine Atomlage hoch sind – auf Rhenium gelungen. 

Dabei haben die Wissenschaftler die Entstehung eines exotischen supraleitenden Zustands als Voraussetzung für die Ausbildung von Majorana-Zuständen beobachten können. Die experimentellen Resultate ließen sich durch eine gleichzeitig durchgeführte theoretische Studie von Forschern aus Hamburg und Chicago erklären und interpretieren.

Die Kopplung von Majorana-Randzuständen auf atomaren Inseln und Majorana-Endzuständen in Atomketten kann dazu genutzt werden, elementare Bausteine für Speicher- und Logik-Operationen als Basis eines Quantencomputers zu realisieren. Die Demonstration grundlegender Rechenoperationen basierend auf Majorana-Zuständen ist nun das nächste große Ziel der Hamburger Forscher auf dem Weg zu einem störungsunempfindlichen Quantencomputer. 

U. Hamburg / DE
 

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