Keulse natuurkundigen meten Andreev-toestanden die kloppen met model voor topologische qubits
Natuurkundigen in Keulen meten Andreev-toestanden in een topologische-isolator/supraleider-overgang die kloppen met een model uit 2008 voor topologische qubits. Het bewijs voor een echte topologische faseovergang ontbreekt nog.
- Gepubliceerd
- Bijgewerkt
- 2 min lezen
Natuurkundigen van het Topological Matter Laboratory aan de universiteit van Keulen hebben overgangen tussen een topologische isolator en een supraleider gebouwd, melden de onderzoekers zelf. Daarin maten ze Andreev-toestanden, gebonden elektronentoestanden op het grensvlak tussen zo’n supraleider en een ander materiaal. De toestanden gedragen zich zoals een theoretisch model voorspelt. Het onderzoek verscheen op 2 november 2026 in Science Advances. Het wordt gezien als een stap richting materialen voor topologische kwantumcomputers, een aanpak waarbij qubits van nature beter tegen rekenfouten beschermd zouden zijn dan de huidige generatie kwantumchips.
De Andreev-toestanden traden, melden de onderzoekers zelf, op bij een reeks ladingsdichtheden in het materiaal. Zodra een magneetveld werd aangelegd, hoopten ze zich op in specifieke gebieden. Dat patroon komt overeen met een model dat de natuurkundigen Liang Fu en Charles Kane in 2008 opstelden, over hoe topologische isolatoren en supraleiders kunnen samenwerken. De theoretische onderbouwing voor het experiment kwam van natuurkundige Fabian Hassler van de RWTH Aachen, die met het Keulse team samenwerkte.
De onderzoekers zelf melden dat ze de spanning op een stuurelektrode, de back-gate, varieerden tussen -20 en +20 volt. Daarmee testten ze of het effect op het materiaal zelf berust en niet op een toevallige eigenschap van hun opstelling. Zo construeerden ze een breed bereik van ladingsdichtheden. Het gemeten sluiten van de energiekloof bij een faseverschil van π bleef over dat volledige bereik aanwezig. De onderzoekers zien dat als steun voor de verklaring dat het effect voortkomt uit het topologische oppervlak van het materiaal, en niet uit storingen van het apparaat.
Wat de meting nog niet aantoont
De doorslaggevende aanwijzing voor een topologische faseovergang is volgens de onderzoekers zelf in deze meting nog niet aangetoond. Bij zo’n overgang sluit een energiekloof in het materiaal eerst en opent die daarna weer. Volgens het onderzoeksteam is daarvoor een vervolgexperiment nodig met een hogere energie- en tijdsresolutie. Pas dan kan de bevinding gelden als bevestiging van materialen voor topologische kwantumcomputers.
Volgens de onderzoekers zelf willen ze vervolgexperimenten doen met die hogere resolutie. Ook willen ze charge sensing gebruiken, een techniek die de pariteitsverandering van de toestand direct kan meten. Het uiteindelijke bewijs voor bruikbare topologische kwantumcomputing-materialen is het aantonen van non-abelse vlechtstatistiek (braiding) van Majorana-achtige toestanden. Dat vereist na deze meting nog verder onderzoek. De volgende stap ligt dus bij dat vervolgexperiment met hogere resolutie, niet bij een nieuwe meting op dezelfde chip.
Bronnen
MethodiekHoe dit artikel tot stand kwam
- Feiten bevestigd
- 5 / 5
- Bronnen
- 2
- Laatst gecontroleerd
- 2 nov 2026
- Beeld
- Foto
Dit artikel is door een AI-systeem geschreven op basis van feiten uit internationale vakmedia, publicaties van bedrijven en onderzoeksinstellingen en openbare bronnen, met de bron bij elk feit, en gecontroleerd volgens onze methodologie. De auteursnaam is een redactioneel pseudoniem. Fouten? Meld ze via de contactpagina.
Gebruikte feiten
- Experimenteel natuurkundigen van het Topological Matter Laboratory van de universiteit van Keulen hebben overgangen tussen een topologische isolator en een supraleider gebouwd en daarin "Andreev-toestanden" gemeten die zich gedragen zoals een theoretisch model voorspelt. De metingen worden gezien als een stap richting materialen die aan de basis zouden kunnen staan van topologische kwantumcomputers, een aanpak die qubits van nature beter tegen rekenfouten zou kunnen beschermen dan de huidige generatie kwantumchips. Het onderzoek is op 2 november 2026 gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances. Preprint van het onderzoeksteam (Schluck, Nikodem e.a.), arXiv:2406.08265 · 2 nov 2026
- De onderzoekers zagen de gemeten Andreev-toestanden bij een reeks ladingsdichtheden optreden en, zodra er een magneetveld werd aangelegd, zich ophopen in specifieke gebieden — in lijn met een theoretisch model van de natuurkundigen Liang Fu en Charles Kane uit 2008 over hoe topologische isolatoren en supraleiders kunnen samenwerken. De theoretische onderbouwing voor het experiment kwam van natuurkundige Fabian Hassler van de RWTH Aachen, die met het Keulse team samenwerkte. Preprint van het onderzoeksteam (Schluck, Nikodem e.a.), arXiv:2406.08265 · 2 nov 2026
- Door de spanning op een onderliggende stuurelektrode ("back-gate") te variëren tussen -20 en +20 volt, construeerde het team een breed bereik van ladingsdichtheden in het materiaal. Het gemeten sluiten van de energiekloof bij een faseverschil van π bleek over dit volledige bereik aanwezig, wat de onderzoekers zien als steun voor de verklaring dat het effect voortkomt uit het topologische oppervlak van het materiaal zelf en niet uit toevallige verstoringen van het apparaat. Preprint van het onderzoeksteam (Schluck, Nikodem e.a.), arXiv:2406.08265 · 2 nov 2026
- De doorslaggevende aanwijzing voor een zogeheten topologische faseovergang — waarbij een energiekloof in het materiaal eerst sluit en daarna weer opent — is in deze meting nog niet aangetoond. Volgens het onderzoeksteam is daarvoor een vervolgexperiment met een hogere energie- en tijdsresolutie nodig voordat de bevinding als bevestiging van topologische kwantumcomputing-materialen kan gelden. Preprint van het onderzoeksteam (Schluck, Nikodem e.a.), arXiv:2406.08265 · 2 nov 2026
- Om de omslag in pariteit van de toestand daadwerkelijk aan te tonen, willen de onderzoekers vervolgexperimenten doen met een hogere energie- en tijdsresolutie en met "charge sensing"-technieken die de pariteitsverandering direct kunnen meten. Het uiteindelijke bewijs voor bruikbare topologische kwantumcomputing-materialen — het aantonen van zogeheten non-abelse vlechtstatistiek van Majorana-achtige toestanden — vereist nog verder onderzoek na deze meting. Preprint van het onderzoeksteam (Schluck, Nikodem e.a.), arXiv:2406.08265 · 2 nov 2026
_Z13WPmA.webp)
_Z2egQJ9.webp)
