Nytt tillstånd bäddar för kraftfull kvantdator

2016-04-13 14:42  
Det kristallina materialet ruteniumklorid gömmer majoranapartiklar i sitt inre. Det har beskjutning med energirika neutroner avslöjat. Fakta: Ulla Karlsson-Ottosson, Grafik: Jonas Askergren

Kraftfulla kvantdatorer okänsliga för störningar från omgivningen. Det kan bli resultatet av att forskare efter 40 år hittat bevis på kvantspinnvätska i ett magnetiskt material.

Frustrerade magnetiska material låter inte som något att sträva efter. I själva verket kan de vara nyckeln till framtida kraftfulla kvantdatorer, okänsliga för störningar från omgivningen.

För i de frustrerade materialens inre kan ett eftertraktat tillstånd gömma sig; så kallad kvantspinnvätska (se faktaruta). Det är i den som byggstenarna till störningståliga kvantdatorer kan finnas. Kallade majoranapartiklar, alternativt majoranafemioner, beter de sig inte som några av de vanliga partiklar som bygger upp materialen i vår omgivning.

Grovt beskrivet består de av en halv elektron, skapade genom att elektroner splittrats i två delar.

Under 40 år har fysiker världen över jagat experimentella bevis  på deras existens. Nu rapporterar en internationell forskargrupp  under ledning av Arnad Banerjee vid Oak Ridge National Laboratory i USA att de hittat bevis på  att fenomenet existerar i det  kristallina materialet ruteniumklorid.

Forskningsresultatet har publicerats i den vetenskapliga  tidskriften Nature Materials. I engelskspråkig media beskrivs händelsen som ett stort materialgenombrott.

– Det är det mest lovande experimentet på området och det  är utfört av duktiga och erkända vetenskapsmän. Men resultatet måste ändå upprepas av andra grupper innan upptäckten kan anses bekräftad, säger Patrik Henelius, professor i teoretisk fysik vid KTH och expert på andra varianter av frustrerade magnetiska material.

Patrik Henelius. Foto: Johan Thorbiörnson

Varför är en upptäckt av kvantspinnvätska så viktig?

– Bland annat för att kvasipartiklarna i en kvantspinnvätska (majoranapartiklarna) har egenskaper som gör att de antagligen  kan användas för att konstruera en kvantdator som inte störs av omgivningen. Det skiljer dem från de kvantbitar, så kallade q-bitar, som använts hittills.

Därmed öppnar partiklarna också dörren till framtida felsäkra och kraftfulla kvantdatorer, skapade för att samtidigt räkna på alla möjliga lösningar av vissa problem.

Men finns det inte redan i dag datorer som kvalar in som kvantdatorer?

– Det beror på hur man definierar en kvantdator. Om man menar  att den ska klara av att faktorisera stora tal, som är nyckeln vid  kryptering, så har man hittills bara lyckats faktorisera tresiffriga tal. Det är inte så användbart.

De som tycks ha kommit längst är det kanadensiska företaget D-Wave som säljer en version av kvantdator. Men forskarvärlden tvistar om ifall datorn verkligen använder kvantmekaniska effekter och om det leder till att den kan lösa problem snabbare än klassiska datorer.

– Företaget har vunnit en del debatter, men den är fortfarande inte en kvantdator i den bemärkelsen att de skulle kunna slå sönder Googles kryptering.

 

Prenumerera på Ny Tekniks kostnadsfria nyhetsbrev!

Osäkra elektroner bakom frustrerad magnetism

Spinn är en kvantmekanisk egenskap hos elementarpartiklar. Det kan ha två riktningar - upp eller ner. Spinnet hos elektroner är också grunden för magnetism, var och en av de snurrande elektronerna bildar en liten permanentmagnet.

Hos ferromagnetiska material, till exempel järn, strävar elektronerna efter att ställa in sig så att spinnet hela tiden har samma riktning.

Hos antiferromagnetiska material vill spinnaxlarna i stället ställa in sig så att varannan är riktad uppåt och varannan nedåt.

Frustrerade magnetiska material uppstår när elektronernas spinn inte kan uppfylla någon av ordningarna fullt ut. Situationen uppstår bland annat för antiferromagneter i triangelformade strukturer. Om elektronen i ett hörn pekar uppåt och elektronen i den andra nedåt blir det knepigt för elektronen i det tredje hörnet att veta hur spinnet bör riktas. Det är den frustrationen som ger upphov till kvasipartiklar i magneterna.

Om elektronerna aldrig ordnar upp sig, oavsett hur låg temperaturen blir, och de kvantmekaniska effekterna är viktiga talar man om kvantvätska.

Ulla Karlsson-Ottosson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Debatt