“Bewijs Majorana-deeltjes dichterbij dan ooit”

In 1937 voorspelde Ettore Majorana een nieuw fundamenteel deeltje, dat later naar hem is vernoemd: het Majorana-deeltje. Dit deeltje heeft de eigenschap dat het zijn eigen antideeltje is. Dat is bijzonder, want meestal heeft een antideeltje juist een tegengestelde eigenschap, zoals een andere lading. Zo is het positron het antideeltje van het elektron.

Majorana-quasideeltjes verschijnen onder zeer specifieke omstandigheden in materialen. Als een nanodraad die van een halfgeleider is gemaakt met een supergeleidend materiaal wordt verbonden, nemen onderzoekers bij bepaalde elektrische en magnetische velden een zogenaamde ‘zero-bias-piek’ waar. Dit signaal is een belangrijk kenmerk van de aanwezigheid van Majorana-deeltjes.

Verbetering

Bakkers, hoogleraar bij faculteit Technische Natuurkunde, die samen met zijn Delftse collega Leo Kouwenhoven speurt naar aanwijzingen van Majorana-deeltjes. Bij de eerste experimenten, in 2012, zat de zero-bias-piek vol ruis en was hij lastig te zien. Daardoor was het verschijnen van het Majorana-deeltje discutabel. In de jaren daarop hebben onderzoekers hard gewerkt aan het verbeteren van de theorie, materialen en de productie ervan in experimenten.

In de afgelopen maanden haalden Kouwenhoven en Bakkers in rap tempo meerdere mijlpalen van het onderzoek. Dankzij een geavanceerde quantumchip met verbeterde materialen en zeer zuivere contacten kunnen ze nu verbeteringen aantonen in hoogkwalitatieve interfaces en superclean Majorana-transport. Ook bevat de chip zogeheten ‘nano-hashtags’ die het mogelijk maakt om in de toekomst Majorana-deeltjes uit te wisselen.

Het Delft-Eindhovense team verscherpte de kwaliteit van de metingen uit 2012 met deze verbeterde chip. De hoogte van de zero-bias-piek is nu exact wat de theorie voorspelt.

Kwantumcomputer

Het definitieve bewijs zal moeten volgen uit het wisselen van plek van twee Majorana-deeltjes. Bovendien zou je hiermee de eerste aanzet kunnen doen voor een qubit, de bouwsteen van een kwantumcomputer. "Dankzij hun unieke fysieke kenmerken zijn Majorana-deeltjes veel stabieler dan de meeste andere qubits", zegt eerste auteur Hao Zhang van TU Delft. "Het maken en reguleren van de Majorana-deeltjes om de topologische kwantumcomputer te kunnen bouwen is nog steeds een uitdaging. Met de controle en het inzicht die nu zijn bereikt, kan quantuminformatica op basis van Majorana-deeltjes worden verkend."

Bekijk hier een tijdlijn van het onderzoek naar Majorana’s.