Pressemitteilung

Auf dem Weg zu störungsunempfindlichen Quanten­com­pu­tern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg haben weltweit erstmalig Majorana-Zustände an den Rändern von atomaren Eiseninseln auf supraleitendem Rhenium nachgewiesen. Majorana-Teilchen sind exotische Quasiteilchen und gelten als vielversprechende Bausteine für zukünftige Quantencomputer. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachjournal „Science Advances“ präsentiert.

Die Entwicklung von Quantencomputern ist weltweit das große Ziel industrieller und universitärer Forschungsanstrengungen. 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 unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen sind.

Die Hamburger Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. 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 wurde die Entstehung eines exotischen supraleitenden Zustands als Voraussetzung für die Ausbildung von Majorana-Zuständen beobachtet. Die experimentellen Resultate konnten durch eine gleichzeitig durchgeführte theoretische Studie von Forscherinnen und Forschern aus Hamburg und Chicago erklärt und interpretiert werden.

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 Forscherinnen und Forscher auf dem Weg zu einem störungsunempfindlichen Quantencomputer.

Illustration einer atomar hohen Eiseninsel (gelb) auf einem supraleitenden Rhenium-Kristall (weiß) mit einer atomaren Oxidschicht (blau) dazwischen. Mit Hilfe einer Rastertunnelmikroskop-Spitze (grün) konnte der Majorana-Randzustand (rot) an der Peripherie der supraleitenden Eiseninsel nachgewiesen werden.

 

Original Veröffentlichung:

A. Palacio-Morales, E. Mascot, S. Cocklin, H. Kim, S. Rachel, D. K. Morr, and R. Wiesendanger, 
Atomic-scale interface engineering of Majorana edge modes in a 2D magnet-superconductor hybrid system,
Science Advances 5, no. 7, eaav6600 (2019).
DOI: 10.1126/sciadv.aav6600

 

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Prof. h.c. Dr. h.c. Roland Wiesendanger
Fachbereich Physik
Universität Hamburg
Jungiusstr. 11a
20355 Hamburg

Tel: (0 40) / 42838 - 52 44
E-Mail: wiesendanger@physnet.uni-hamburg.de