Nuove immagini del fermione di Majorana hanno convinto i fisici di poter compiere un passo in avanti verso lo sfruttamento di questi misteriosi oggetti per il calcolo quantistico.
Questi strani oggetti, particelle che agiscono come proprie antiparticelle, hanno un vasto potenziale ancora non sfruttato di agire come qubit, i bit quantistici che sono le unità di base delle informazioni in un computer quantistico. Sono equivalenti ai bit binari dei computer tradizionali ma, mentre i bit regolari possono rappresentare un 1 o uno 0, i qubit possono essere 1, 0 o entrambi contemporaneamente, uno stato noto come sovrapposizione quantistica. La sovrapposizione quantistica è in realtà piuttosto difficile da mantenere, anche se stiamo migliorando.
È qui che entrano in gioco le quasiparticelle di Majorana. Queste sono eccitazioni nel comportamento collettivo degli elettroni che agiscono come fermioni di Majorana e hanno una serie di proprietà che li rendono candidati ideali per essere utilizzati come qubit.
Normalmente, una particella e un’antiparticella si annichilano a vicenda, ma le quasiparticelle di Majorana intrecciate, prodotte dalla divisione di un elettrone in due metà, sono sorprendentemente stabili e, inoltre, ricordano come sono state spostate, una proprietà che potrebbe essere sfruttata per la memorizzazione di informazioni.
Le quasiparticelle devono rimanere separate da una distanza sufficiente. Questo può essere fatto con un nanofilo speciale, ma un team di fisici dell’Università dell’Illinois a Chicago e dell’Università di Amburgo in Germania ha adottato un approccio diverso.
I ricercatori hanno iniziato con un superconduttore al renio, un materiale che conduce l’elettricità con resistenza zero quando si raffredda a circa 6 Kelvin (–267° C). Oltre al superconduttore, i ricercatori hanno depositato isole su nanoscala di singoli strati di atomi di ferro magnetici. Questo crea un cosiddetto superconduttore topologico, ovvero un superconduttore che contiene un nodo topologico.
“Questo nodo topologico è simile al buco di una ciambella“, ha spiegato il fisico Dirk Morr dell’Università dell’Illinois a Chicago. “Puoi deformare la ciambella in una tazza di caffè senza perdere il buco, ma se vuoi distruggere il buco, devi fare qualcosa di abbastanza drammatico, come mangiare la ciambella“.
Quando gli elettroni fluiscono attraverso il superconduttore, secondo le previsioni del team, i fermioni di Majorana sarebbero dovuti apparire in una modalità unidimensionale ai bordi delle isole di ferro – attorno al cosiddetto foro della ciambella. Usando un microscopio a tunnel a scansione – uno strumento utilizzato per l’imaging delle superfici a livello atomico – avrebbe dovuto essere possibile visualizzarli come una linea luminosa.
Ebbene, ai ricercatori è apparsa proprio una linea luminosa.
I fermioni di Majorana sono già stati ripresi in passato, ma questo rappresenta un passo avanti. E non molto tempo fa, un altro team di ricercatori ha rivelato di essere stato in grado di accendere e spegnere le quasiparticelle di Majorana.
Essere in grado di visualizzare queste particelle, secondo i ricercatori, ci avvicina al loro utilizzo come qubit.
“Il prossimo passo sarà capire come possiamo ingegnerizzare quantisticamente questi qubit di Majorana su chip quantici e manipolarli per ottenere un aumento esponenziale della nostra potenza di calcolo“, ha detto Morr.
La ricerca è stata pubblicata su Science Advances.
