ケルン大学トポロジカル物質研究室で、物理学者たちは理論が2008年に予測していた量子状態を初めて直接観測した。このデバイスはトポロジカル絶縁体表面のジョセフソン接合であり、超伝導とトポロジカル表面電子の相互作用によって生じるはずの、まさにその高伝導なAndreev状態を示した。
Yoichi Ando教授が率い、Jakob Schluck博士とElla Nikodemが参加したチームは、トンネル分光法を用いた。彼らは二つの超伝導体間の位相差を変化させ、磁場を印加しながら、接合内部の状態スペクトルを測定した。結果は、アーヘン工科大学のFabian Hasslerのグループによる計算、およびLiang FuとCharles Kaneのモデルと一致した。
トポロジカル絶縁体は表面でのみ電流を流し、内部は絶縁体のままである。この表面を超伝導体と接合すると、境界に特殊な電子-正孔対、すなわちAndreev状態が生じる。通常の物質ではこれらはトポロジカル表面とは異なる振る舞いをするが、ここでは広いキャリア密度範囲で高い伝導性を保ち、磁場の作用によって接合の特定の領域に局在する。
この観測はトポロジカル量子計算の理論的基盤を強化する。このような系ではMajoranaゼロモードが情報を非局所的に保持し、局所的な擾乱や誤りから情報を保護できる可能性がある。トポロジカル超伝導への転移、すなわちエネルギーギャップの閉鎖と再開口はまだ確認されていないが、すでに得られたデータは予測と高い精度で一致している。
結果は2026年2月に学術誌Science Advancesに掲載された。研究者たちは、次のステップは実験のエネルギー分解能と時間分解能を高め、トポロジカル相転移のまさにその瞬間を捉えることだと強調している。
ケルンでの実際の実験は、トポロジカル絶縁体の表面が将来の誤り耐性量子ビットに必要な通りの振る舞いをすることを示し、これは実用的なトポロジカル量子コンピュータへの可能な道筋の地図をすでに変えつつある。
