ضروري، لكنه غير كاف: لقد شكك العلماء في العلامة الرئيسية لوجود جزيئات ماجورانا

جسيم ماجورانا هو جسم كمي غريب يتصرف كجسيم وكنقيض له (الجسيم المضاد). يبحث العلماء عن جسيمات ماجورانا لأنه يمكن استخدامها لتجميع الكيوبتات المثالية، وهي عناصر الحوسبة للكمبيوتر الكمي المحصنة ضد الضوضاء والتداخل الخارجي. في بحثهم، غالبا ما يستخدم العلماء أجهزة بارعة. أحد هذه الأجهزة هو تقاطع جوزيفسون: “ساندويتش” من اثنين من الموصلات الفائقة مفصولة بطبقة رقيقة من عازل طوبولوجي (مادة توصل التيار على طول السطح فقط). إذا تعرض مثل هذا الوصل لإشعاع الميكروويف، تظهر المقاطع الأفقية المميزة على الرسم البياني للجهد مقابل التيار – خطوات شابيرو. تتنبأ الفيزياء التقليدية بظهور جميع المراحل المتتالية. ولكن إذا كانت جسيمات ماجورانا موجودة في النظام، فإن التيار عبر الوصلة يبدأ في الاعتماد على فرق الطور بطريقة غير عادية – بفترة 4π، وليس 2π، كما هو الحال في الموصلات الفائقة التقليدية. وهذا بدوره يجب أن يؤدي إلى اختفاء خطوات شابيرو الغريبة، وخاصة الأولى. لاحظت العديد من المجموعات العلمية حول العالم هذا التأثير وفسرته على أنه علامة على وجود الموصلية الفائقة الطبوغرافية. قامت مجموعة البروفيسور فاسيلي ستولياروف من مركز الأساليب المتقدمة للفيزياء المتوسطة وتقنيات النانو في MIPT بإنشاء تقاطع جوزيفسون (“باليستي”) نقي للغاية. تم نشر العمل في مجلة مواد الاتصالات، وهي جزء من عائلة الطبيعة. تم استخدام بلورة واحدة من العازل الطوبولوجي Bi₂Te₂.₃Se₀.₇ بسمك 23 نانومتر فقط، متصلة بقطبين من النيوبيوم، كطبقة بينية. قام العلماء بتعريض الهيكل لأشعة ميكروويف ذات ترددات مختلفة وشاهدوا كيف تغيرت خطوات شابيرو. عند الترددات المنخفضة (أقل من 2 جيجا هرتز) اختفت المرحلة الأولى بالفعل. ولكن بمجرد زيادة التردد إلى 2 جيجا هرتز وما فوق، ظهرت الخطوة مرة أخرى. بشكل عام، هذه حقيقة تجريبية معروفة: عند الترددات المنخفضة، تكون المراحل أقرب إلى بعضها البعض في الجهد ويكون حلها أكثر صعوبة، خاصة عند طاقة الإشارة المنخفضة. ومع ذلك، كان الباحثون مهتمين بما إذا كان اختفاء المرحلة الأولى لا يمكن أن يكون بسبب صعوبات تقنية، ولكن بسبب سبب مادي (بما في ذلك ليس فقط دورية 4π المتوقعة للموصلية الفائقة الطوبولوجية، ولكن أيضًا التأثيرات الحرارية). وللقيام بذلك، قام الباحثون ببناء نموذج لا يأخذ في الاعتبار العمليات الكمومية فحسب، بل يأخذ أيضًا في الاعتبار التسخين المعتاد للبنية بواسطة التيار (ما يسمى بتسخين جول). يُطلق على النموذج اسم tRSJ – نموذج الوصلة التحويلية المقاومة للحرارة. قدم الباحثون وصلة جوزيفسون على شكل دائرة حيث يوجد تقاطعان متوازيان لجوزيفسون: وصلة تافهة، حيث توجد جميع خطوات شابيرو، وأخرى طوبولوجية، حيث تظهر فقط الخطوات الزوجية. يتم “تقصير” كلتا القناتين بالمقاومة، كما لو كانتا متصلتين على التوازي مع مقاومة منتظمة تنظم التيار. كل قناة لها “تردد محدود” خاص بها – إذا كان الإشعاع الخارجي سريعًا جدًا (التردد أعلى من الحد)، فإن القناة ببساطة ليس لديها الوقت للرد وتتوقف عن المساهمة في خطوات شابيرو. وهذا يعني أنه من خلال تغيير تردد التشعيع، يمكنك “تشغيل” و”إيقاف” مساهمة القنوات المختلفة. أظهرت الحسابات أن الاختفاء الملحوظ للخطوة الأولى يمكن تفسيره دون إشراك القناة الطوبولوجية. قائد العمل، مدير مركز الأساليب المتقدمة للفيزياء المتوسطة وتقنيات النانو في MIPT، دكتور في الفيزياء والرياضيات. ن. وأكد فاسيلي ستولياروف: “لقد أظهرنا أن غياب مرحلة شابيرو الأولى في حد ذاته ليس دليلاً كافياً على الموصلية الفائقة الطوبولوجية. وحتى في النظام الباليستي، يمكن للعمليات الحرارية الكلاسيكية وديناميكيات الانتقال غير الخطية أن تؤدي إلى مثل هذا التأثير”. نتائج الدراسة تجعل الحياة أكثر صعوبة بالنسبة للمجربين. من الآن فصاعدا، وبعد أن شهدنا اختفاء المرحلة الأولى من شابيرو، أصبح من المستحيل التوصل إلى نتيجة لا لبس فيها. سيتعين على العلماء أن يأخذوا في الاعتبار التأثيرات الحرارية وأن يستخدموا مجموعة أكثر تعقيدًا من المعايير للعثور على جسيمات ماجورانا اللازمة لإنشاء الجيل القادم من أجهزة الكمبيوتر الكمومية. تم دعم العمل من قبل مؤسسة العلوم الروسية (المشروع رقم 25-42-00058) ووزارة العلوم والتعليم العالي في الاتحاد الروسي.