Właściwości wirów Majorany, struktur występujących w niektórych nadprzewodnikach i substancjach nadciekłych będzie badał na PWr dr Jan Major. Na swój projekt otrzymał grant z Narodowego Centrum Nauki, a jego wyniki mogą być wykorzystywane do budowy komputerów kwantowych.

Projekt „Dynamiczne własności wzbudzeń typu Majorany w nietrywialnych topologicznie ultrazimnych nadciekłych gazach fermionów” będzie poświęcony teoretycznemu opisowi i symulacjom numerycznym tych szczególnych obiektów. Zwłaszcza ich dynamice, temu jak reagują na zewnętrzne oddziaływania i jak oddziaływują między sobą. W szczególności czy mogą być użyte, jak sugerują niektóre badania, do stworzenia odpornej na zaburzenia pamięci w komputerach kwantowych.

Budżet grantu młodego naukowca wynosi 326 tys. zł. Najpierw badania będzie prowadzić na PWr, a w trakcie dwuletniego stypendium spędzi cztery miesiące u prof. Joachima Branda na Massey University w Nowej Zelandii.

Historia badań i zastosowań substancji nadciekłych, jak i bardzo do nich podobnych nadprzewodników, ma już ponad sto lat. Jednak nowe wyniki i przełomowe eksperymenty w ostatnich latach spowodowały pojawienie się nowej i szybko rozwijającej się dziedziny, badającej tzw. układy o nietrywialnej topologii.

Według naukowca badanie tych mało jeszcze poznanych egzotycznych układów pomoże nam zrozumieć wiele tajemnic mikroświata, a także może mieć też bardzo praktyczne zastosowanie.

– To, co interesuje mnie w tym projekcie najbardziej, to szczególna cecha pewnej klasy wirów. O ile zazwyczaj centrum wiru jest puste, to w tych układach w samym oku cyklonu możemy znaleźć ciekawe wzbudzenie tzw. kwazicząstkę Majorany. Takie wiry Majorany występują parami i zachowują połączenie nawet, jeśli rozdziela je znaczny dystans. Przede wszystkim wykazują jednak inną niezwykłą właściwość. Zamiana miejscami tych wirów zostaje „zapisana” w strukturze całego układu, czyli posiadamy informację o tym, czy wiry były zamieniane i w jakiej kolejności. Taki zapis, powinien być bardzo odporny na zewnętrzne zaburzenia i może być nieoceniony w konstrukcji komputerów kwantowych – wyjaśnia dr Jan Major.

Dlatego istotne jest lepsze zrozumienie tych struktur, by móc ocenić, czy mogą znaleźć one zastosowanie. W szczególności ważna jest odpowiedź na pytanie, na ile są one faktycznie stabilne w obecności szumu czy innych zaburzeń występujących w rzeczywistych układach fizycznych.

– Moje badania powinny pomóc lepiej zrozumieć, jakiego rodzaju zachowania możemy się spodziewać po wirach Majorany. Możemy lepiej poznać prawa fizyki ukryte za tymi fascynującymi strukturami – mówi naukowiec.

Dr Jan Jakub Major ukończył studia oraz uzyskał stopień doktora, na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Jagiellońskiego. Napisał pracę doktorską pt. „Lokalizacji Andersona w niskowymiarowych sieciach optycznych", a jego badania dotyczyły podobnej klasy układów, rzadkich gazów atomowych schłodzonych niemal do zera absolutnego. Młody naukowiec badał, jak wprowadzenie różnego rodzaju nieporządku, losowych zaburzeń wpływa na ruch atomów – kiedy się lokalizują, a kiedy mogą się swobodnie poruszać.

Politechnikę Wrocławską wybrał do prowadzenia najnowszych badań, bo jak twierdzi w zakładzie fizyki teoretycznej pracują osoby zajmujące się podobnymi zagadnieniami m.in. prof. Arkadiusz Wójs, nowy rektor PWr czy prof. Marcin Mierzejewski, fizyk teoretyczny z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki.

Pieniądze na badania dr Jan Major otrzymał w ramach konkursu Sonatina, który jest skierowany do naukowców rozpoczynających karierę. W sumie granty – o łącznej wartości 24 mln zł – na realizację projektów badawczych i staży w zagranicznych ośrodkach naukowych otrzymało 35 badaczy z całego kraju.

Po zakończeniu realizacji grantu naukowcy mogą starać się o finansowanie projektu w konkursie Sonata dla bardziej doświadczonych doktorów, czy Sonata BIS, który umożliwia utworzenie zespołu badawczego.

ula