Un equipo de físicos teóricos y experimentales ha diseñado un nuevo material ultradelgado que han utilizado para crear estados cuánticos esquivos. Llamados modos de energía cero unidimensionales de Majorana, estos estados cuánticos podrían tener un gran impacto en la computación cuántica.
En el núcleo de una computadora cuántica hay un qubit, que se utiliza para hacer cálculos de alta velocidad. Los qubits que Google, por ejemplo, presentó en su procesador Sycamore el año pasado, y otros que están usando actualmente son muy sensibles al ruido yinterferencia del entorno de la computadora, que introduce errores en los cálculos. Un nuevo tipo de qubit, llamado qubit topológico, podría resolver este problema, y los modos de energía cero 1D Majorana pueden ser la clave para hacerlos.
'Una computadora cuántica topológica se basa en qubits topológicos, que se supone que son mucho más tolerantes al ruido que otros qubits. Sin embargo, los qubits topológicos aún no se han producido en el laboratorio', explica el profesor Peter Liljeroth, investigador principal de laproyecto.
¿Qué son los MZM?
Los MZM son grupos de electrones unidos de una manera específica, por lo que se comportan como una partícula llamada fermión de Majorana, una partícula semimítica propuesta por primera vez por el físico semimítico Ettore Majorana en la década de 1930. Si las partículas teóricas de Majorana pudieran estar unidas, funcionarían como un qubit topológico. Un inconveniente: nunca se ha visto evidencia de su existencia, ni en el laboratorio ni en la astronomía. En lugar de intentar hacer una partícula que nadie ha visto en ningún lugar del universo, los investigadoresintenta hacer que los electrones regulares se comporten como ellos.
Para hacer MZM, los investigadores necesitan materiales increíblemente pequeños, un área en la que se especializa el grupo del profesor Liljeroth en la Universidad de Aalto. Los MZM se forman dando a un grupo de electrones una cantidad muy específica de energía y luego atrapándolos juntos para que no puedanPara lograr esto, los materiales deben ser bidimensionales y lo más delgados físicamente posible. Para crear MZM 1D, el equipo necesitaba crear un tipo de material 2D completamente nuevo: un superconductor topológico.
La superconductividad topológica es la propiedad que ocurre en el límite de un aislante eléctrico magnético y un superconductor. Para crear 1D MZM, el equipo del profesor Liljeroth necesitaba poder atrapar electrones juntos en un superconductor topológico, sin embargo, no es tan simple como pegar cualquierimán a cualquier superconductor.
'Si coloca la mayoría de los imanes encima de un superconductor, evita que sea un superconductor', explica el Dr. Shawulienu Kezilebieke, el primer autor del estudio. 'Las interacciones entre los materiales alteran sus propiedades, pero para producir MZM, necesitas que los materiales interactúen solo un poco. El truco es usar materiales 2D: interactúan entre sí lo suficiente para crear las propiedades que necesitas para los MZM, pero no tanto como para que se interrumpan entre sí. '
La propiedad en cuestión es el espín. En un material magnético, el espín está alineado todo en la misma dirección, mientras que en un superconductor el espín está anti-alineado con direcciones alternas. Unir un imán y un superconductor generalmente destruye la alineacióny anti-alineación de los espines. Sin embargo, en materiales en capas 2D, las interacciones entre los materiales son suficientes para "inclinar" los espines de los átomos lo suficiente como para crear el estado de espín específico, llamado acoplamiento Rashba espín-órbita, necesario para hacerlos MZM.
Encontrar los MZM
El superconductor topológico en este estudio está hecho de una capa de bromuro de cromo, un material que sigue siendo magnético cuando solo tiene un átomo de espesor. El equipo del profesor Liljeroth creció islas de un átomo de espesor de bromuro de cromo sobre un cristal superconductorde diselenuro de niobio y midieron sus propiedades eléctricas utilizando un microscopio de túnel de barrido. En este punto, recurrieron a la experiencia en modelado por computadora del profesor Adam Foster en la Universidad Aalto y el profesor Teemu Ojanen, ahora en la Universidad de Tampere, para comprender lo que habían hecho.
'Se necesitó mucho trabajo de simulación para demostrar que la señal que estamos viendo fue causada por MZM, y no por otros efectos', dice el profesor Foster. 'Necesitábamos demostrar que todas las piezas encajaban para demostrar quehabía producido MZM. '
Ahora el equipo está seguro de que pueden hacer MZM 1D en materiales bidimensionales, el siguiente paso será intentar convertirlos en qubits topológicos. Hasta ahora, este paso ha eludido a los equipos que ya han hecho MZM de 0 dimensiones, yel equipo de Aalto no está dispuesto a especular sobre si el proceso será más fácil con los MZM unidimensionales, sin embargo, son optimistas sobre el futuro de los MZM 1D.
'Lo bueno de este artículo es que hemos hecho MZM en materiales 2D', dijo el profesor Liljeroth 'En principio, estos son más fáciles de hacer y más fáciles de personalizar las propiedades y, en última instancia, convertirlos en un dispositivo utilizable'.
La colaboración de investigación incluyó a investigadores de la Universidad de Tampere en Finlandia y de la Universidad M. Curie-Sklodowska en Polonia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Aalto . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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