.
Uma equipe de pesquisa colaborativa liderada pelo Prof. Junwei Liu, Professor Associado do Departamento de Física da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST), e pelo Prof. Jinfeng Jia e Prof. Yaoyi Li da Universidade Jiao Tong de Xangai (SJTU), identificou os primeiros modos zero de Majorana múltiplos (MZMs) do mundo em um único vórtice do isolante cristalino topológico supercondutor SnTe e explorou a simetria do cristal para controlar o acoplamento entre os MZMs. Esta descoberta oferece um novo caminho para a realização de computadores quânticos tolerantes a falhas, que é publicado em Natureza.
MZM é uma quasipartícula topológica não trivial de energia zero em um supercondutor que obedece a estatísticas não abelianas, permitindo sequências de tranças não equivalentes, embora o número total de trocas seja o mesmo. Isso contrasta com partículas comuns, como elétrons ou fótons, onde tranças diferentes sempre resultam no mesmo estado final. Essa propriedade única protege MZMs de perturbações locais, tornando-as uma plataforma ideal para computação quântica robusta e tolerante a falhas. Embora tenha havido progresso significativo na engenharia de supercondutores topológicos artificiais, a trança e a manipulação de MZMs permanecem extremamente desafiadoras devido à sua separação no espaço real, o que complica os movimentos necessários para a hibridização.
O trabalho recém-publicado, colaborado pelo grupo teórico da HKUST e pelo grupo experimental da SJTU, adotou uma abordagem completamente diferente, aproveitando a característica única de MZMs protegidos por simetria de cristal para eliminar esses gargalos. Eles demonstraram pela primeira vez a existência e a hibridização de múltiplos MZMs protegidos por simetria de espelho magnético em um único vórtice do isolante cristalino topológico supercondutor SnTe, usando métodos controlados que não exigem movimento espacial real ou campos magnéticos fortes, alavancando sua vasta experiência em microscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura, crescimento de amostra de alta qualidade e simulações teóricas em larga escala.
O grupo experimental da SJTU observou mudanças significativas no pico de polarização zero, um forte indicador de MZMs, na heteroestrutura SnTe/Pb sob campos magnéticos inclinados (Fig 4a-b). A equipe teórica da HKUST posteriormente realizou extensas simulações numéricas para demonstrar inequivocamente que as respostas anisotrópicas a campos magnéticos inclinados de fato se originam de MZMs protegidas por simetria de cristal. Ao utilizar o método polinomial do kernel, eles simularam com sucesso grandes sistemas de vórtices com centenas de milhões de orbitais, permitindo uma exploração mais aprofundada de novas propriedades em sistemas de vórtices além de apenas MZMs protegidas por simetria de cristal. A pesquisa abre uma nova fronteira para detecção e manipulação de MZMs múltiplas protegidas por simetria de cristal. Suas descobertas abrem caminho para a demonstração experimental de estatísticas não abelianas e a construção de novos tipos de qubits topológicos e portas quânticas baseadas em MZMs múltiplas protegidas por simetria de cristal.
*Observação: Prof. Junwei Liu da HKUST, Prof. Yaoyi Li da SJTUe Prof. da SJTU são o autores correspondentes. Dr. Chun Yu Wan da HKUST; Tengteng Liu da SJTU e Dr. Hao Yang da SJTU são o co-primeiros autores.
.
