Dortmunder Physiker sagen exotischen Quantenzustand voraus
Die Studie entstand aus der Zusammenarbeit von David Haink und Benedikt Fauseweh aus der theoretischen Physik mit dem Experimentalphysiker Christof Weitenberg an der TU Dortmund. Beteiligt ist außerdem Dr. Andreas A. Buchheit aus der angewandten Mathematik der Universität des Saarlandes.
Im Mittelpunkt stehen sogenannte Majorana-Randzustände, die in topologischen supraleitenden Quantensystemen an den beiden Enden einer Kette auftreten können. Sie sind besonders interessant, weil sie als mögliche Bausteine künftiger Quantencomputer gelten: Räumlich getrennte Randzustände könnten helfen, Quanteninformation vor lokalen Störungen zu schützen.
Das Team zeigt nun, dass langreichweitige Wechselwirkungen die beiden Enden auf überraschende Weise verbinden können. Die Randzustände bleiben jeweils eng an ihrem Kettenende lokalisiert, koppeln aber dennoch über die gesamte Kette hinweg. Die Forschenden bezeichnen diesen Mechanismus als „nichtlokale Hybridisierung von Randzuständen“. Dabei nimmt die Kopplung mit wachsender Kettenlänge genau wie die langreichweitigen Wechselwirkung ab. Die räumliche Trennung allein schützt die Zustände deshalb weniger stark, als man auf Grundlage des kurzreichweitigen Modells erwarten würde.
Die Vorhersage eröffnet neue Möglichkeiten, das Zusammenspiel von Topologie und langreichweitige Wechselwirkungen zu untersuchen. Zugleich liefert sie wichtige Hinweise darauf, unter welchen Bedingungen Majorana-Zustände für die Verarbeitung von Quanteninformation geeignet sein könnten. Hier greift die Dortmunder Zusammenarbeit zwischen Theorie und Experiment unmittelbar ineinander: Die Studie beschreibt, wie sich das untersuchte Modell mit ultrakalten polaren Molekülen in einem durch Laserlicht erzeugten Gitter verwirklichen ließe – und zeigt damit einen konkreten Weg zur experimentellen Überprüfung auf.
Die Ergebnisse sind nachzulesen in: David Haink, Andreas A. Buchheit, Christof Weitenberg und Benedikt Fauseweh, „Nonlocal Edge Mode Hybridization in the Long-Range Interacting Kitaev Chain“, Physical Review Letters 137, 146503 (2026).
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