Los físicos de la Universidad de Rice dedicados a crear los componentes de trabajo de una computadora cuántica tolerante a fallas han logrado crear un estado de la materia nunca antes visto.
El "aislante excitónico topológico" fue observado en pruebas en Rice por un equipo internacional de los Estados Unidos y China. Los investigadores informan sus hallazgos esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Su dispositivo podría usarse potencialmente en una computadora cuántica topológica, un tipo de computadora cuántica que almacena información en partículas cuánticas que se "trenzan" juntas como nudos que no se rompen fácilmente. Estos bits cuánticos "topológicos" estables y trenzados,o qubits topológicos, podrían superar una de las principales limitaciones de la computación cuántica en la actualidad: los Qubits que no son topológicos se "decohere" fácilmente y pierden la información que almacenan.
Las computadoras convencionales usan datos binarios, información que se almacena como unos o ceros. Gracias a las peculiaridades de la mecánica cuántica, los qubits pueden representar los dos, ceros y un tercer estado que es tanto uno como cero al mismo tiempo.
Este tercer estado se puede usar para acelerar el cálculo, tanto que una computadora cuántica con solo unas pocas docenas de qubits podría terminar algunos cálculos tan rápido como un microchip con mil millones de transistores binarios.
En el nuevo estudio, el físico de Rice Rui-Rui Du y el ex alumno graduado de Rice Lingjie Du sin relación colaboraron con investigadores de Rice, la Universidad de Pekín y la Academia de Ciencias de China para crear aisladores excitónicos hechos de pequeñas astillas de ultrapuro, apiladossemiconductores. Los dispositivos, que no tienen más de 100 micras de ancho, contienen una lámina de arseniuro de indio sobre una lámina de antimonio de galio. Cuando se enfría en un baño de helio líquido a una temperatura críticamente baja alrededor de 10 grados Kelvin, se forma un líquido cuántico superfluido en el interiorlos dispositivos y la electricidad dejan de pasar por ellos.
"Esto es muy parecido al proceso en un superconductor, donde tienes electrones que se atraen entre sí para formar pares que fluyen sin resistencia", dijo Rui-Rui Du, profesor de física y astronomía en Rice e investigadoren el Centro de Arroz para Materiales Cuánticos RCQM. "En nuestro caso, los electrones se emparejan con 'agujeros de electrones' cargados positivamente para crear un superfluido con una carga neta de cero".
Lingjie Du, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia, dijo: "Es un efecto colectivo, por lo que para un observador externo el sistema conduce la electricidad normalmente hasta que se enfría a la temperatura crítica, donde de repente cambia de fase para convertirse en un aislante perfecto"."
Para demostrar que el dispositivo era el aislante excitónico buscado desde hace mucho tiempo, el equipo primero tuvo que demostrar que el fluido era un condensado cuántico. Esa tarea recayó en Xinwei Li, un estudiante graduado en el laboratorio del investigador de RCQM Junichiro Kono. Li y Kono, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Rice, brilló ondas de terahercios a través de los dispositivos a medida que se enfriaban a la temperatura crítica y descubrió que las muestras absorbían energía de terahercios en dos bandas distintas, una firma de condensación cuántica.
Mostrar el dispositivo implicaba pruebas topológicas para la conducción eléctrica en una banda unidimensional alrededor de su perímetro.
"Esta propiedad novedosa del estado de borde es lo que la gente está muy interesada", dijo Rui-Rui Du. "Este estado de borde no tiene resistencia eléctrica, y obtienes conducción en la que los electrones están atados a su momento de rotación.Si tienen un tipo de giro, van en sentido horario y si tienen el otro, van en sentido antihorario "
Los circuitos de trenzado construidos en estas corrientes electrónicas opuestas tendrían firmas topológicas inherentes que podrían usarse para formar qubits tolerantes a fallas.
"La otra belleza de esto es que los mismos principios todavía se aplican a temperatura ambiente", dijo Rui-Rui Du. "Hay materiales con capas atómicas como el disulfuro de tungsteno que podrían usarse para crear este mismo efecto a temperatura ambiente,siempre que puedan hacerse en forma suficientemente pura "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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