Gazibegović, Ph.D. candidato no grupo do prof. Erik Bakkers, do departamento de Física Aplicada, desenvolveu um dispositivo feito de redes ultrafinas de nanofios em forma de "hashtags". Este dispositivo permite que pares de partículas de Majorana troquem de posição e acompanhem as mudanças ocorridas, em um fenômeno conhecido como "trança". Este evento é considerado uma prova notável da existência de partículas de Majorana, e representa um passo crucial para seu uso como blocos de construção para o desenvolvimento de computadores quânticos. Com dois Natureza publicações em seu bolso, Gazibegović está pronta para defender seu Ph.D. tese em 10 de maio.

Em 1937, o físico teórico italiano Ettore Majorana formulou a hipótese da existência de uma partícula única que é sua própria antipartícula. Esta partícula, também conhecido como "férmion de Majorana, "também pode existir como uma" quase-partícula, "um fenômeno coletivo que se comporta como uma partícula individual, como ondas se formando na água. A própria água fica no mesmo lugar, mas a onda pode "viajar" na superfície, como se fosse uma única partícula em movimento. Por muitos anos, os físicos têm tentado encontrar a partícula de Majorana sem sucesso. Ainda, na última década, cientistas da Universidade de Tecnologia de Eindhoven deram um grande salto em frente ao provar a existência de partículas de Majorana, também graças à pesquisa de Gazibegović e suas colaborações com a Universidade de Delft, Philips Research e a University of California - Santa Barbara.

Blocos de construção de computadores quânticos

Partículas de Majorana por muito tempo representaram o "Santo Graal" para os físicos de partículas, também para seu uso potencial como bits quânticos, ou "qubits, "os blocos de construção básicos dos computadores quânticos. Em vez de 1 ou 0 bits dos computadores regulares, qubits podem ser 1 e 0 ao mesmo tempo. Coleções de qubits podem ser usadas para fazer vários cálculos ao mesmo tempo, o que torna os computadores quânticos, no papel, muito mais rápido do que os computadores normais.

Na realidade, Até a presente data, a fabricação de qubits funcionando adequadamente continua terrivelmente difícil. Antes da prova da existência de partículas de Majorana, pesquisadores usaram outras partículas em escala atômica como qubits. Ainda, essas partículas revelaram-se sensíveis e frágeis, e, como resultado, a informação quântica tendia a desaparecer em frações de segundos. A este respeito, Partículas de Majorana ainda representam o bloco de construção promissor devido a uma propriedade específica:sua estabilidade inerente.

Trança, assim, estabilidade

A estabilidade das partículas de Majorana pode ser atribuída a um fenômeno especial denominado "trança". Quando duas partículas de Majorana trocam de posição duas vezes - de uma configuração inicial para uma nova, e, em seguida, de volta ao inicial - as duas partículas se enredarão e ganharão estabilidade, de forma semelhante a duas pontas soltas de uma tira que, quando trocado duas vezes, são trançados (FIG.1A).

Hashtags

Para gerar partículas de Majorana, Gazibegović desenvolveu os chamados supercondutores topológicos, nanofios feitos de fosfeto de índio (InP) com uma camada de um supercondutor no topo (Fig.1B).

Quando um campo magnético é aplicado ao supercondutor topológico, Partículas de Majorana emergem nas extremidades do dispositivo. Séries de supercondutores topológicos foram então cultivadas a partir de um substrato especialmente gravado (Fig.1C, Fig.2) na forma de hashtags (Fig.1D, Figura 2), de modo que cada hashtag seria capaz de produzir quatro partículas de Majorana, um próximo a cada ponto de interseção.

Interfaces mais suaves, melhor qualidade

"Um dos desafios não atendidos neste campo, "explica Gazibegović, "é melhorar a qualidade da interface entre o semicondutor e o supercondutor. A rugosidade introduzida nesta interface pode de fato destruir as propriedades do estado de Majorana." Para resolver este problema, Gazibegović e seus colegas fabricaram os supercondutores topológicos sob vácuo ultra-alto, que os protegia da exposição a agentes químicos e permitia a fabricação de aparelhos com "qualidade sem precedentes".

No mundo todo

A construção desses dispositivos acabou sendo uma experiência da vida real para Gazibegović, durante e fora do horário de trabalho. Nos últimos anos, Gazibegović registrou as milhas e cruzou o oceano várias vezes, junto com suas nano-hashtags.

“Os substratos foram fabricados em Delft, " Ela explica, "e eles tiveram que ser transferidos em Eindhoven para a próxima etapa, o crescimento das nano-hashtags. Uma vez pronto, eles seriam então montados em supercondutores topológicos em Santa Bárbara, Em califórnia."

Poder de computação

Gazibegović:"Esta tese contém novos insights sobre os mecanismos de crescimento dos nanofios, bem como princípios de design para criar geometrias complexas. "Esses avanços na ciência dos materiais já resultaram na melhoria da qualidade do dispositivo de Majorana, e oferecem oportunidades sem precedentes para a tecnologia quântica e suas aplicações.

"Pesquisadores, "continua Gazibegović, "passou décadas comparando os efeitos de diferentes drogas em uma série de doenças. Este processo pode ser significativamente reduzido com computadores quânticos que têm poder computacional suficiente para visualizar, numa única tentativa, todos os resultados possíveis. "