Illustration einer atomar hohen Eiseninsel (gelb) auf einem supraleitenden Rhenium-Kristall mit einem Majorana-Randzustand (rot) an der Peripherie. (Quelle: UHH/MIN/Kim/Wiesendanger)

 

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 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 Forscher auf dem Weg zu einem störungsunempfindlichen Quantencomputer.

 

Originalveröffentlichung:

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, eaav6600 (2019).