Открытие топологических состояний породило массу исследований, посвященных новому конденсированному веществу и квантовой физике, а также потенциалу их применения в спинтронике и квантовых вычислениях. Аналогичным образом, вскоре после первого наблюдения топологических изоляторов в конце 2000-х возникли концепции кристаллов времени, которые открыли новую область физики, также имеющую отношение к квантовым технологиям, пишет Phys.org.
Ученые Калифорнийского технологического института и Института Вейцмана обратились к неабелевым анионам, которые могут существовать в топологически упорядоченных фазах. Анион — это частица, которая не является в строгом смысле слова ни фермионом, ни бозоном, тогда как «неабелевая» означает, что ее поведение может быть описано в терминах операций, которые приводят к различным результатам в зависимости от порядка.
В сверхпроводящих системах имеются квазичастицы майорановские фермионы, которые являются своими собственными античастицами. В случае дефекта майорановские моды обладают неабелевыми характеристиками, которые могут сделать из аниона кирпичик для квантового компьютера — намного более стабильный, чем пойманные квантовые частицы.
Исследователи изучили, как возникает связь между неабелевыми дефектами в двухмерных топологических фазах и тех, которые могут возникать в строго одномерных системах фермионов. И пришли к открытию, что возможно обогатить топологические сверхпроводники, связав их до контролируемых магнитных степеней свободы.
«Тогда мы поняли, что превратив эти магнитные степени свободы в темпоральный кристалл, топологическая сверхпроводимость реагирует поразительным образом», — заявил Джейсон Алишеа, один из исследователей.
Ученые предположили возможность соединения куперовских пар электронов в 1D-сверхпроводнике с изинговскими спинами темпоральных кристаллов. Изинговские спины будут менять сторону после каждого цикла. Поскольку для возвращения в исходное состояние им нужно совершить два оборота, их можно считать изинговскими спинами двойной периодичности.
Будущие исследования могут пролить свет на вопрос, могут ли такие системы также возникать в двух- и трехмерных материалах.
Первый шаг к использованию темпоральных кристаллов в квантовых компьютерах сделали в 2018 сингапурские физики. Они доказали, что, сплетя воедино два разных мода кристаллов времени, можно генерировать состояния, нужные для выполнения квантовых вычислений.