Nieuwe methode om Majorana's te vinden voor het eerst getest
Vijftien jaar geleden werd een alternatieve techniek om te zoeken naar de ongrijpbare Majorana-deeltjes theoretisch uitgedacht. Maar niemand voerde het experiment uit, tot nu. Natuurkundige Jianfeng Ge en zijn collega's van het Allanlab van het Leids Instituut voor Natuurkunde hebben nu succesvol de eerste metingen uitgevoerd.
Er zijn een paar manieren waarop natuurkundigen naar Majorana quasideeltjes kunnen zoeken. De belangrijkste aanpak is gebaseerd op metingen op basis van geleiding, maar dat heeft niet de definitieve resultaten opgeleverd waar wetenschappers op hoopten. Daarom ging Ge op zoek naar een nieuwe aanpak. ‘Toen ik nog op Harvard werkte, sprak ik met mijn collega Eugene Demler over hagelruis-metingen die Majorana's zouden moeten kunnen identificeren. Hij had dit vijftien jaar geleden al getheoretiseerd, maar niemand had het ooit geprobeerd. Ik vond het veelbelovend klinken, dus overtuigde ik Milan Allan van de Quantum Matter groep om het een kans te geven. En nu hebben we onze eerste resultaten.’
De jacht op exotische Majorana-deeltjes
Majorana's zijn hypothetische deeltjes die hun eigen antideeltjes zijn. Dit maakt ze anders dan alle deeltjes die we al kennen, en het vinden ervan zou kunnen leiden tot nieuwe ontdekkingen in de natuurkunde. Ge is op zoek naar Majorana quasideeltjes in quantummaterie. Dit is een groep elektronen die zich samen net zo gedraagt als een Majorana-deeltje. Een van de redenen waarom wetenschappers Majorana's willen vinden, is hun potentie om een revolutie teweeg te brengen in quantumcomputing. De qubits die momenteel worden gebruikt in quantumcomputers zijn niet erg stabiel en gevoelig voor fouten. Majorana-qubits zouden de lang gezochte hoeksteen kunnen zijn voor fouttolerante quantumcomputers.
De weg vrijmaken voor het ultieme bewijs voor Majorana's
De Majorana-deeltjes bevinden zich naar verwachting in de draaikolken van een supergeleider op ijzerbasis die Ge bestudeert. Deze draaikolken zijn slechts enkele nanometers groot. ‘Pas de laatste jaren is de technologie zover gevorderd dat we op deze kleine schaal kunnen meten’, legt hij uit. ‘Wij zijn de eersten ter wereld die dit experiment kunnen doen. Dat vind ik heel motiverend. De resultaten zijn in dit stadium veelbelovend. We hebben de oorsprong van de quasideeltjes vastgesteld binnen twee mogelijke verklaringen, waarvan er één Majorana’s zijn. Deze metingen maken de weg vrij voor het ultieme bewijs van Majorana’s. We hebben veel geleerd en weten hoe we de opstelling voor toekomstige metingen kunnen verbeteren.’
‘Ik deel het enthousiasme over de mogelijkheden van quantumcomputing, maar dat is niet wat mij het meest enthousiast maakt over dit onderzoek’, vertelt Ge. ‘Wat mij drijft is nieuwsgierigheid. Ik wil de fundamentele principes van de natuurkunde begrijpen. Het zal een lange weg zijn om het ultieme bewijs voor Majorana-deeltjes te vinden, laat staan om toepassingen als een quantumcomputer te ontwikkelen. Maar met dit experiment weten we wat ons te doen staat. Het zal niet makkelijk zijn en veel technische instrumentontwikkeling vergen, maar ik ben er trots op dat we een stap dichter bij het vinden van Majorana's zijn.’
Lees meer
Lees de volledige wetenschappelijke publicatie in Nature Communications.
Ga naar Nature Communications