Forskningsprojekt Topologisk materia

Inom det snabbt föränderliga fältet kvantmaterial skickar teoretiker vid Stockholms universitet fram gränserna för vilken sorts exotisk materia som kan existera. Två nya arbeten – ett nyligen publicerat i Nature Communications och ett annat utvalt som ”Editors’ Suggestion” i Physical Review Letters – avslöjar slående okonventionella tillstånd för elektroner som kan bana väg för framtida kvantteknologier.

I sin senaste publikation i Nature Communications visar forskarna Hui Liu, Raul Perea-Causin och Emil J. Bergholtz att Fibonacci-parafermioner, som är exotiska kvasi-partiklar som hittills har undgått experimentell realisering, kan uppstå i experimentellt tillgängliga moiré-strukturer som är bildade genom att stapla tvådimensionella material med en relativ vridning. Parafermioner skiljer sig från vanliga fermioner (det vill säga elektroner, protoner och neutroner, vilka utgör materien omkring oss). Deras egenskaper innebär att två eller flera partiklar byts ut på ett sätt som påminner om flätning och det kan potentiellt utnyttjas för nya teknologier, exempelvis feltoleranta och universella kvantdatorer.

Årets sommarskola pågår den 9-22 juni på Högberga konferensgård på Lidingö utanför Stockholm. Ett femtiotal deltagare kommer dit för att fördjupa sina kunskaper. Det är en sommarskola som anordnas för doktorander och postdoktorer, både teoretiska och experimentella, inom alla aspekter av kvantgränser. Nobelpristagare Frank Wilczek, professor på Fysikum och professor Antti Niemi, Nordita är initiativtagarna till sommarskolan. Sedan 2016 har Quantum Connections Workshops och Summer Schools arrangerats på initiativ av Frank Wilczek i samarbete med Antti Niemi från Nordita. Båda har gjort sommarskolan till vad den är idag - en välorganiserad verksamhet för nationella och internationella studenter som är involverade i kvantmekanik. Quantum Connections evenemang arrangeras gemensamt av Fysikum och Nordita (med Stockholms universitet, Kungliga Tekniska högskolan och Uppsala universitet som värdar), tillsammans med TD Lee Institute och Wilczek Quantum Center vid Shanghai Jiao Tong University.

Emil Johansson Bergholtz är professor i teoretisk fysik på Fysikum. Han är utnämnd både till Wallenberg Academy Fellow och Wallenberg Academy Scholar. - Det var en slump att jag kom in på ämnet fysik. Jag tyckte om att lösa problem och sådant som gav motstånd. Men utan forskargrenen är det inte säkert att jag fortsatt med fysik. Det var roligt och inspirerande med avancerad problemlösning som fanns på utbildningen, säger Emil Bergholtz.

Maria Zelenayová, doktorand vid Fysikum, och hennes handledare professor Emil Bergholtz undersökte lokaliseringsfenomen i icke-Hermitiska system som utmanar traditionella uppfattningar om tillstånd inom energikontinuumet och de i gapet. Förståelsen av icke-Hermitiska utökade mellangap och bundna tillstånd har betydelsefulla konsekvenser inom olika områden. Inom kvantmekanik öppnar detta nya möjligheter för kontroll och manipulation av materialens egenskaper. Inom teknologin kan insikterna användas för att utveckla mer effektiva halvledare och andra avancerade material.

Vi presenterar en klass av system där ett partikel - antipartikelpar inte kan förinta varandra efter att de har rört sig längs en slinga, utan istället bildar en ny typ av sammansatt partikel. Detta inträffar i så kallade icke-Hermitiska system, klassiska metamaterial eller "öppna" kvantsystem som är kopplade till resten av universum. Lukas König är doktorand vid Fysikum och ingår i forskargruppen Kvantmekaniska och komplexa system.

Kvantteknik är ett nytt område inom fysik och teknik som omfattar teknik som bygger på kvantmekanikens egenskaper. Kvantdatorer är ett exempel på denna teknik och utgör ett paradigmskifte för datorteknik, eftersom de kan prestera mycket mer än befintliga datorer. Den 21 februari kl. 13.00, i Svedbergsalen (FD5), AlbaNova, kommer professor Akira Furusawa från University of Tokyo, RIKEN Center for Quantum Computing att hålla en presentation med titeln THE FUTURE IS QUANTUM - The development of Quantum Computing.