Czy jednak gdy przyłożymy do siebie dwa materiały, z których żaden nie posiada oczekiwanych przez nas właściwości, na ich styku może powstać warstwa, która te właściwości ma? Tak wydaje się być właśnie w tym przypadku. Naukowcy przekonują, że nowe połączenie dwóch materiałów, z których każdy posiada specjalne właściwości elektryczne, odpowiada za powstanie nietypowego rodzaju nadprzewodnictwa, które może stworzyć podwaliny pod systemy niezawodnych obliczeń kwantowych. Jakby tego było mało, autorzy odkrycia, naukowcy z Uniwersytetu Penn State wskazują, że opracowany przez nich materiał stanowi doskonałe laboratorium do badania nietypowych zachowań fizycznych.
W najnowszym artykule naukowym zaakceptowanym do publikacji w periodyku Science badacze szczegółowo opisali proces łączenia dwóch materiałów magnetycznych, który doprowadził do powstania nadprzewodnictwa międzyfazowego.
Co do zasady, nadprzewodniki to materiały, w których prąd elektryczny płynie bez żadnego oporu. Materiały tego typu stosowane są w akceleratorach cząstek, obwodach cyfrowych i potężnych magnesach w urządzeniach wykorzystywanych do badań metodą rezonansu magnetycznego. Naukowcy z Penn State postanowili wykorzystać w swoich badaniach fakt, że kiedy połączy się nadprzewodnik z magnetycznym izolatorem topologicznym, czyli z cienką warstwą o grubości zaledwie kilku atomów, którym nadano właściwości magnetyczne i które ograniczają ruch elektronów do swojej wierzchniej warstwy, dojdzie do interakcji między właściwościami elektrycznymi obu składników i powstanie tzw. chiralny nadprzewodnik topologiczny.
Powstające od kilku lat w różnych ośrodkach badawczych na całym świecie komputery kwantowe w przyszłości będą wykonywać w ułamku sekundy niezwykle skomplikowane obliczenia, które komputerom konwencjonalnym zajęłyby całe lata lub dekady. Ich przewaga polega na tym, że w bitach kwantowych przechowują one dane jednocześnie w szeregu możliwych stanów, zamiast tylko w jednym z nich.
Topologiczne komputery kwantowe mogą usprawnić obliczenia kwantowe, bowiem wykorzystują dodatkowo organizację właściwości elektrycznych, która gwarantuje odporność na utratę informacji w wyniku dekoherencji, do której dochodzi w sytuacji, gdy układ kwantowy nie jest izolowany. To znaczne usprawnienie, bowiem komputery kwantowe, choć niezwykle szybkie, są znacznie bardziej podatne na błędy niż komputery konwencjonalne.
Aby jednak stworzyć takie futurystyczne topologiczne komputery kwantowe, niezbędne jest stworzenie chiralnych nadprzewodników topologicznych. Do tego niezbędne jest połączenie nadprzewodnictwa i ferromagnetyzmu. Naukowcom z Penn State udało się właśnie taki system stworzyć z izolatora topologicznego i chalkogenku żelaza . Następnie wykorzystując różnorodne techniki obrazowania, szczegółowo opisali strukturę i właściwości elektryczne tak połączonego materiału, potwierdzając w ten sposób obecność wszystkich wyżej wymienionych składników chiralnego nadprzewodnictwa topologicznego na styku tych dwóch materiałów.
Wcześniejsze prace w tej dziedzinie skupiały się na łączeniu nadprzewodników i niemagnetycznych izolatorów topologicznych. Teraz jednak po raz pierwszy udało się dodać do takiego układu ferromagnes. Jak wskazują autorzy, nadprzewodnictwo i ferromagnetyzm ze sobą konkurują, przez co trudno w takich układach znaleźć silne nadprzewodnictwo. Tutaj jest inaczej — nadprzewodnictwo w tym przypadku jest odporne na ferromagnetyzm i jego usunięcie jest możliwe tylko po przyłożeniu bardzo silnego pola magnetycznego. Dlaczego tak jest? Naukowcy na razie nie byli w stanie tego ustalić. Jakby nie patrzeć, mamy tutaj dwa materiały, które nie są nadprzewodnikami, a których złączenie ze sobą powoduje powstanie nadprzewodnictwa na styku między nimi. Istna magia.
Autorzy opracowania zwracają uwagę na jeszcze jeden istotny fakt. Możliwe bowiem, że ten nietypowy materiał stanie się istotnym krokiem na drodze do poszukiwania cząstek Majorany, czyli cząstek subatomowych, które działają jako własne antycząstki. Jeżeli te teoretyczne twory faktycznie istnieją, można by było wykorzystać ich właściwości do stworzenia bitów kwantowych. Gdyby takie cząstki udało się odkryć, a następnie naukowcy nauczyliby się nimi manipulować, topologiczne komputery kwantowe stałyby się rzeczywistością.
