Un equipo de investigación colaborativo dirigido por el profesor Junwei Liu, profesor asociado de Física de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST), y los profesores Xinfeng Jia y Yaoi Li de la Universidad Jiao Tong de Shanghai (SJTU), ha identificado un único vórtice de superconductor. Aislador cristalino topológico SnTe. Los primeros modos cero Majorana (MZM) múltiples del mundo y simetría de cristal utilizados para controlar el acoplamiento entre MZM. El descubrimiento abre un nuevo camino hacia la realización de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, según se publica la naturaleza.
El MZM es una cuasipartícula topológicamente no trivial de energía cero que obedece a estadísticas no abelianas en un superconductor, lo que permite secuencias de trenzado desiguales aunque el número total de intercambios sea el mismo. Esto contrasta con las partículas ordinarias, como los electrones o los fotones, donde diferentes trenzados siempre dan como resultado el mismo estado final. Esta propiedad única protege a los MZM de perturbaciones locales, lo que los convierte en una plataforma ideal para una computación cuántica robusta y tolerante a fallas. Aunque se han logrado avances significativos en la ingeniería de superconductores topológicos artificiales, el trenzado y la manipulación de MZM siguen siendo extremadamente desafiantes debido a su segregación física, lo que complica el movimiento requerido para la hibridación.
El trabajo recientemente publicado, en colaboración con el grupo teórico de HKUST y el grupo experimental de SJTU, adoptó un enfoque completamente diferente, aprovechando las propiedades únicas de los MZM conservados con simetría cristalina para superar estos obstáculos. Demuestran por primera vez la existencia e hibridación de múltiples MZM protegidos con simetría de espejo magnético en un único vórtice del aislante cristalino topológico superconductor SnTe, utilizando métodos controlados que no requieren movimiento en el espacio real ni campos magnéticos fuertes, su amplia distribución utilizar haciendo Experiencia con microscopía de efecto túnel de barrido a baja temperatura, crecimiento de muestras de alta calidad y simulaciones teóricas a gran escala.
El grupo experimental de SJTU observó cambios significativos en el pico de polarización cero en heteroestructuras de SnTe/Pb bajo campos magnéticos inclinados (Figura 4a-b), un fuerte indicador de MZM. Posteriormente, el equipo teórico de HKUST realizó extensas simulaciones numéricas para demostrar de manera inequívoca que la respuesta anisotrópica al campo magnético inclinado de hecho se origina en el MZM conservado con simetría cristalina. Utilizando el método del polinomio del núcleo, simularon con éxito grandes sistemas de vórtices con decenas de millones de orbitales, lo que permitió una mayor exploración de características novedosas en los sistemas de vórtices más allá del MZM preservado con simetría cristalina. El estudio abre una nueva frontera para la detección y manipulación de múltiples MZM protegidas por simetría de cristal. Sus hallazgos allanaron el camino para la demostración experimental de estadísticas no abelianas y la construcción de nuevos tipos de qubits topológicos y puertas cuánticas basadas en múltiples MZM preservadas con simetría cristalina.
*Nota: Profesor Dr. Junwei Liu de HKUST, Prof. Yaoi Li de SJTUy el profesor Xinfeng Xia de SJTU es D Autor correspondiente. Dr. Chun Yu Wan de HKUST; Teng Teng Liu de SJTU y el Dr. Hao Yang de SJTU es D Co-primer autor.