‘Nano-hashtags’ voor definitief bewijs Majorana-deeltjes

De chip, bestaat uit netwerken van ultradunne nanodraden in de vorm van ‘hashtags’. Dit moet het mogelijk maken om Majorana-deeltjes van plek te laten verwisselen. Dat is een cruciale stap om ze als bouwsteen te kunnen gebruiken in toekomstige quantumcomputers.

Het Majorana-fermion, in 1937 voorspeld door de Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana, heeft de bijzondere eigenschap dat het tegelijkertijd zijn eigen antideeltje is. De eerste experimentele aanwijzingen voor het bestaan van het deeltje werden in 2012 gepresenteerd door onderzoekers van de TU’s in Delft en Eindhoven. De deeltjes doken op aan de uiteindes van een halfgeleidende draad, in contact met een supergeleidend materiaal.

Ontbrekend bewijs

De gevonden deeltjes hadden weliswaar eigenschappen die pasten bij Majorana’s, maar een van de interessantste bewijzen ontbrak nog. Dit bewijs moet volgen uit het van plaats laten verwisselen van twee Majorana-deeltjes, het zogenaamde ‘braiden’. De onderzoekers hebben nu een meetopstelling waarmee dit moet lukken.De opstelling heeft de vorm van een hashtag. Dit is in feite een gesloten kring waarlangs Majorana’s kunnen bewegen.

Sprong in kwaliteit

De opstelling is vanuit het niets opgebouwd. De nanodraadjes van indiumfosfide (InP) groeien uit een speciaal geëtst substraat, zodat ze precies het gewenste netwerk vormen. Hier blazen de onderzoekers een stroom aluminiumdeeltjes langs zodat op specifieke plekken laagjes aluminium op de draadjes ontstaan – de contacten waar de Majorana-deeltjes ontstaan. Plekken die ‘in de schaduw’ liggen van andere draadjes blijven onbedekt.

Het hele proces gebeurt in vacuüm en bij ultralage temperatuur. Dit zorgt voor hele schone, zuivere contacten. Professor Erik Bakkers: "We maken hiermee een grote sprong in kwaliteit van dit soort quantum devices."

Quantumcomputers

Majorana’s worden vanwege hun robuustheid gezien als de ideale bouwsteen voor toekomstige quantumcomputers, die veel berekeningen tegelijkertijd kunnen uitvoeren en daarmee vele malen sneller zijn dan de huidige computers. Het omwisselen van twee Majorana-deeltjes zou de basis kunnen vormen van een qubit, de rekeneenheid van deze computers.

Het artikel in Nature is getiteld ‘Epitaxy of Advanced Nanowire Quantum Devices ‘ (24 augustus 2017). Het onderzoek is mede mogelijk gemaakt dankzij subsidies van de Nederlandse onderzoeksfinanciers NWO en Stichting FOM, de European Research Council en Microsoft Station-Q.