Thí nghiệm Cologne gợi mở hướng tới qubit tô pô
· Ban biên tập BehindLines
Các trạng thái lượng tử được đo tại Cologne cung cấp thêm cơ sở cho một hướng nghiên cứu nhằm giúp máy tính lượng tử trong tương lai ít nhạy cảm hơn với nhiễu loạn. Trong thông báo công bố ngày 2 tháng 11, trường đại học mô tả một thí nghiệm có nhiều kết quả phù hợp với dự đoán lý thuyết. Tuy nhiên, sự chuyển tiếp sang trạng thái được gọi là siêu dẫn tô pô vẫn cần được xác nhận. Giới hạn này quyết định phạm vi của kết quả.
Nhóm của Yoichi Ando nghiên cứu một tiếp giáp Josephson, thiết bị gồm hai chất siêu dẫn được nối với nhau qua một vùng bản thân không có tính siêu dẫn. Vật liệu ở giữa là một chất cách điện tô pô: phần bên trong ngăn dòng điện, trong khi bề mặt lại dẫn điện. Các nhà nghiên cứu dùng quang phổ xuyên hầm để khảo sát những trạng thái trong tiếp giáp, đồng thời thay đổi độ lệch pha giữa hai chất siêu dẫn.
Các phép đo cho thấy những trạng thái Andreev có độ truyền qua cao, liên quan đến tương tác giữa electron và lỗ trống trong thiết bị. Chúng vẫn xuất hiện ở các mật độ hạt tải điện khác nhau. Khi đặt từ trường, chúng còn tập trung tại những vùng nhất định của tiếp giáp. Các quan sát phù hợp với mô hình do Liang Fu và Charles Kane đề xuất năm 2008, cũng như với mô phỏng của các cộng sự tại RWTH Aachen University.
Ý nghĩa của nghiên cứu vượt ra ngoài việc nhận diện những trạng thái khác thường trong vật liệu. Hướng tiếp cận tô pô tìm cách khai thác các tính chất có khả năng bảo vệ thông tin lượng tử trước một số nhiễu loạn cục bộ. Để đánh giá triển vọng đó, cần phân biệt nhiều bước: quan sát hành vi được dự đoán, xác nhận chế độ vật lý giải thích hành vi ấy, rồi chứng minh những chức năng hữu ích cho lưu trữ hoặc xử lý thông tin. Thí nghiệm vừa công bố làm sáng tỏ bước đầu tiên.
Phép kiểm tra tiếp theo liên quan đến việc khe năng lượng đóng lại rồi mở ra, một dấu hiệu được dự đoán của sự thay đổi chế độ vật lý. Nhóm cho rằng cần cải thiện độ phân giải năng lượng và thời gian của phép đo để xác nhận điều này. Được trình bày trên Science Advances, công trình cung cấp nền tảng thực nghiệm để tiếp tục khảo sát. Câu hỏi quyết định về khả năng bảo vệ thông tin thực sự vẫn còn bỏ ngỏ, trong khi ứng dụng vào qubit tô pô phụ thuộc vào câu trả lời đó.