Fréttir eftir árum


Fréttir

Rannsókn á stöðugleika og stjórnun Majorana núllhátta

Kristján Óttar Klausen lauk nýverið doktorsnámi við verkfræðideild Háskólans í Reykjavík í verk- og tæknivísindum

25.11.2022

Kristján Óttar Klausen lauk nýverið doktorsnámi við verkfræðideild Háskólans í Reykjavík í verk- og tæknivísindum, eðlisfræði nánar tiltekið, undir leiðsögn Andrei Manolescu og Sigurðar I. Erlingssonar. Verkefni hans fólst í því að kanna stöðugleika og stjórnun margra Majorana núllhátta (e. zero modes) í rörlaga nanóvírum, sem nýlega hefur tekist að framleiða.

Hann segir rannsóknina vera skref í langri vegferð að skammtatölvum sem munu veita stóraukna reiknigetu í leitarreikniritum, gervigreind og fleira. Kristján Óttar bendir á að stærstu tæknifyrirtækin keppist um þessar mundir við að framleiða skammtatölvur. Þannig hafi Microsoft nýverið lagt mikið í nanóvírakerfi fyrir Majorana núllhætti og þeirra vinna sé bæði áhugaverð og umdeild líkt og sjá megi nánar í svokölluðu Azure Quantum verkefni þeirra.

Utskrift_Okt2022_Nordurljos_DSC00369-

Kristján Óttar Klausen ásamt leiðbeinanda sínum Andrei Manolescu við útskriftina. 

Majorana núllhættir er tiltekið ástand sem getur komið fram við áhugaverðar aðstæður í skammtakerfum og hafa þeir eiginleika sem gera þeim kleift að mynda grundvöll fyrir gallaþolnar skammtatölvur. Í rannsókninni var sýnt fram á hvernig kjarna-skeljar nanóvírar með ólíka lögum kjarna og skeljar geta aukið stöðugleika Majorana núllhátta sem er ákjósanlegt fyrir tilraunir. Einnig var sýnt fram á hvernig rúmfræði nanóvíra hefur áhrif á önnur undirstöðuatriði sem myndun Majorana núllhátta byggir á.

Þá er myndun Majorana núllhátta í skammtakerfum einnig partur af stærri byltingu sem er að eiga sér stað í þéttefnisfræði en hún byggir á grannfræðilegum (e. topological) efnisfösum. Með tilkomu háþróaðs tæknibúnaðar hefur geta mannkynsins til að framleiða flókin kerfi á smáum skala stóraukist og eru eðlisfræðingar um þessar mundir að uppgötva fjölmarga nýja efniseiginleika en einnig að sjá í ríkum mæli hvernig ýmis fyrirbæri eiga sér hliðstæðu í þéttefniskerfum. Erfitt sé að segja til um hvað þetta muni nákvæmlega leiða af sér en eitt sé víst að tækninni mun fleygja fram á næstu árum.

Verkefnið þróast nú áfram í samstarfi við tilraunahópa erlendis og segir Kristján Óttar að gaumgæfa þurfi samspil milli lykilþátta í hermunum og tilraunum. Þar bíði vísindafólks ólíkar áskoranir sem erfitt, en nauðsynlegt, sé að samþætta.

Aðspurður hvernig rannsóknin tengist nýsköpun segir Kristján að þar sem eðlisfræði fjalli um grundvallareiginleika náttúrunnar feli hún í sér gríðarlega hagnýtingar- og nýsköpunarmöguleika, en verkleg útfærsla taki gjarnan töluverðan tíma.

„Að mínu mati liggja lausnir orkuvanda okkar aldar í eðlisfræði og er það von mín að áframhaldandi samþætting öreindafræði og þéttefnisfræði muni leiða af sér slíkar lausnir,” segir Kristján Óttar sem lauk B.Sc. prófi í jarðeðlisfræði árið 2015 og þverfaglegu meistaranámi í eðlisfræði og kennslu árið 2018. 

///

Kristján Óttar Klausen recently completed his doctoral studies at Reykjavík University's Faculty of Engineering in engineering and technical sciences, specifically physics, under the guidance of Andrei Manolescu and Sigurður I. Erlingsson.  His project aimed at investigating the stability and control of multiple Majorana zero modes in tubular nano-wires, which have recently been successfully produced. 

Kristján Óttar points out that the biggest technology companies are currently competing to produce quantum computers. Thus, Microsoft has recently invested a lot in nano-wire systems for Majorana zero mode, and their work is both interesting and controversial, as can be seen in more detail in their so-called Azure Quantum project.

Ahead is now to develop the project further in collaboration with experimental groups abroad. Kristján Óttar says that attention needs to be paid to the interaction between key elements in the simulations and experiments. Various challenges await scientists in this field that will prove difficult but necessary to integrate.