การค้นพบใหม่ที่เน้นที่ตัวนำยิ่งยวดที่ใช้อนุภาคแปลกใหม่อาจเพิ่งวางเส้นทางไปสู่ความเสถียรและการปรับสเกลของการคำนวณควอนตัมที่มากขึ้น ซึ่งอาจเพิ่มตารางเวลาสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถเข้าถึงได้
นักวิจัยจากศูนย์วัสดุควอนตัม (QMC) ของมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ (UMD) ได้สำรวจสิ่งใหม่ๆ วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่ดูเหมือนทอพอโลยีในธรรมชาติ: ยูเรเนียม ไดเทลลูไรด์ (ย่อให้เหลือ UTe2) สิ่งนี้ก่อให้เกิดประโยชน์มหาศาลสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม ทีมงานจึงประดิษฐ์คริสตัลของวัสดุนี้และไปศึกษาคุณสมบัติของมัน
ตัวนำยิ่งยวดเป็นวัสดุที่มีกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทาน ซึ่งหมายความว่าสัญญาณจะไม่สูญเสียความสมบูรณ์และไม่มีการสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อน ตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยีแต่งงานกับสาขาฟิสิกส์ควอนตัมและโทโพโลยี ซึ่งเป็นสาขาวิชาคณิตศาสตร์ที่สำรวจว่าวัสดุชนิดเดียวกันสามารถจัดการให้เป็นรูปทรงต่างๆ ได้อย่างไร โดยการกดและดึงวัสดุนั้น โดยเล่นเฉพาะกับลักษณะทางกายภาพโดยกำเนิดเท่านั้น
นึกถึงการสร้างแบบจำลองดินเหนียว คุณสามารถใช้ดินเหนียวก้อนเดียวกันเพื่อสร้างจานหรือแจกันได้ง่ายๆ เพียงแค่กดและดึง ซึ่งหมายความว่าจานและแจกันถูกจัดกลุ่มทอพอโลยี วัสดุเหมือนกัน แต่สามารถแสดงหรือจัดการในลักษณะที่รูปทรงต่างๆ ออกมาได้
นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยี นำเสนอนักวิทยาศาสตร์ที่มีพฤติกรรมที่แตกต่างกันสองอย่างแต่เสริมกัน อย่างแรก อิเล็กตรอนในตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยีจะเต้นรอบๆ กัน แทนที่จะไหลอย่างอิสระจากกัน มันเป็นการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติระหว่างพวกมัน เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น พวกเขาจะสร้างกระแสน้ำวนขึ้นตรงกลางของการเต้นรำ ซึ่งทำให้การแยกพวกมันออกจากกันยากยิ่งกว่าการลอยอย่างอิสระโดยไม่มีการซิงโครไนซ์การเต้นนี้ ประการที่สอง นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุอนุภาคแปลกใหม่ที่ดูเหมือนว่าจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวนำยิ่งยวดเชิงทอพอโลยีเหล่านี้ โหมด Majorana ซึ่งทำตัวราวกับว่าพวกมันเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของอิเล็กตรอน โหมด Majorana เหล่านี้แสดงให้เห็นว่ามีการสะสมเป็นชั้นที่ด้านบนของตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยี แต่ไม่ใช่ตัวนำ
แต่ฟิล์มบางโหมดของ Majorana ดูเหมือนจะทำหน้าที่เป็นสนามพลังแปลก ๆ เพื่อนำสำนวนไซไฟมาไว้ในสมการ พวกมันทนต่อการรบกวนจากแรงภายนอก ปรากฏโดยไม่คำนึงถึงความผิดปกติของตัวนำยิ่งยวด และป้องกันตัวนำยิ่งยวด ซึ่งมักจะส่งคุณสมบัติตัวนำยิ่งยวดไปยังสิ่งที่สัมผัสด้วย Steven Anlage ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ UMD และสมาชิกของ QMC อธิบายพฤติกรรมนี้ว่าส่งผลให้เกิด”สถานะพื้นผิวที่ได้รับการป้องกันทางทอพอโลยีซึ่งคล้ายกับห่อหุ้มรอบตัวนำยิ่งยวดที่คุณไม่สามารถกำจัดได้”
ซึ่งหมายความว่า ยูเรเนียมไดเตลลูไรด์และคุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นดูเหมือนจะเป็นตัวกระตุ้นสำหรับการเชื่อมต่อควอนตัมที่แข็งแกร่งและมีเสถียรภาพมากขึ้น เนื่องจากการเข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับอนุภาคที่โผล่ออกมานั้นมีความทนทานมากกว่าวิธีการในปัจจุบัน และถ้ามีสิ่งหนึ่งที่เรารู้เกี่ยวกับสถานะควอนตัม ก็คือพวกเขาไม่ชอบการรบกวนใดๆ เลย
นักวิทยาศาสตร์คิดว่าปรากฏการณ์ทั้งสองนี้เป็นกุญแจสำคัญ เพื่อให้บรรลุโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่เสถียรและปรับขนาดได้ง่ายยิ่งขึ้น จนถึงตอนนี้ นักวิจัยยังไม่พบคำอธิบายอื่นใดนอกจากการค้นพบตัวนำยิ่งยวดทอพอโลยีที่สามารถอธิบายพฤติกรรมเหล่านี้ได้ และขั้นตอนต่อไปในกระบวนการนี้คือการพยายามสร้างการสะสมของยูเรเนียมไดเทลลูไรด์บางๆ ที่วิเคราะห์ได้ง่ายและเชื่อถือได้มากขึ้น มากกว่าคริสตัลที่พวกเขาเคยร่วมงานด้วย
หากพวกเขาประสบความสำเร็จในสาขาการวิจัยเฉพาะนี้ พวกเขาจะต้องสร้างอุปกรณ์ใหม่ที่สามารถจัดการกับกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติในวัสดุได้ (อย่างไรก็ตาม มันคือยูเรเนียม) จากนั้นพวกเขาก็ต้องออกแบบและผลิตอุปกรณ์จริงที่นำหลักการเหล่านี้ไปใช้งานได้จริง อาจต้องใช้เวลาหลายปี แต่ความสนใจและการตอบสนองต่อการค้นพบของชุมชนการวิจัยควอนตัมชี้ว่าพวกเขามีความสำคัญพื้นฐานสำหรับอนาคตของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
