La combinación de diferentes fases de agua - hielo sólido, agua líquida y vapor de agua - requeriría algún esfuerzo para lograr experimentalmente. Por ejemplo, si quisiera colocar hielo al lado del vapor, tendría que enfriar continuamenteagua para mantener la fase sólida mientras se calienta para mantener la fase gaseosa.
Para los físicos de materia condensada, esta capacidad de crear diferentes condiciones en el mismo sistema es deseable porque a menudo surgen fenómenos y propiedades interesantes en las interfaces entre dos fases. De interés actual son las condiciones bajo las cuales los fermiones de Majorana pueden aparecer cerca de estos límites.
Los fermiones de Majorana son excitaciones en forma de partículas llamadas cuasipartículas que emergen como resultado de la fraccionalización división de electrones individuales en dos mitades. En otras palabras, un electrón se convierte en un par entrelazado vinculado de dos cuasipartículas de Majorana, con el enlacepersistiendo independientemente de la distancia entre ellos. Los científicos esperan utilizar los fermiones de Majorana que están físicamente separados en un material para almacenar de manera confiable la información en forma de qubits, los bloques de construcción de las computadoras cuánticas. Las propiedades exóticas de Majoranas, incluida su alta insensibilidad acampos electromagnéticos y otros "ruidos" ambientales: los convierten en candidatos ideales para transportar información a largas distancias sin pérdida.
Sin embargo, hasta la fecha, los fermiones de Majorana solo se han realizado en materiales en condiciones extremas, incluso a temperaturas frías cercanas al cero absoluto ? 459 grados Fahrenheit y bajo campos magnéticos altos. Y aunque están protegidos "topológicamente" del atómico local.impurezas, desorden y defectos que están presentes en todos los materiales es decir, sus propiedades espaciales siguen siendo las mismas incluso si el material está doblado, retorcido, estirado o distorsionado, no sobreviven bajo fuertes perturbaciones. Además, el rangode temperaturas por encima de las cuales pueden operar es muy estrecho. Por estas razones, los fermiones Majorana aún no están listos para la aplicación tecnológica práctica.
Ahora, un equipo de físicos dirigido por el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. DOE e incluidos colaboradores de China, Alemania y los Países Bajos ha propuesto un método teórico novedoso para producir fermiones Majorana más robustos. Según sus cálculos,como se describe en un artículo publicado el 15 de enero en Cartas de revisión física , estas Majoranas emergen a temperaturas más altas en muchos órdenes de magnitud y no se ven afectadas en gran medida por el desorden y el ruido. Aunque no están protegidas topológicamente, pueden persistir si las perturbaciones cambian lentamente de un punto a otro en el espacio.
"Nuestros cálculos numéricos y analíticos proporcionan evidencia de que los fermiones Majorana existen en los límites de materiales magnéticos con diferentes fases magnéticas, o direcciones de espines de electrones, colocados uno al lado del otro", dijo el coautor Alexei Tsvelik, científico principal y líder deel Grupo de Teoría de la Materia Condensada en el Departamento de Física de la Materia Condensada y Ciencia de Materiales CMPMS de Brookhaven Lab. "También determinamos el número de fermiones de Majorana que debería esperar obtener si combina ciertas fases magnéticas".
Para su estudio teórico, los científicos se centraron en materiales magnéticos llamados escaleras giratorias, que son cristales formados por átomos con una estructura tridimensional 3-D subdividida en pares de cadenas que parecen escaleras. Aunque los científicos han estado estudiandoLas propiedades de los sistemas de escalera giratoria durante muchos años y se esperaba que produjeran fermiones Majorana, no sabían cuántos. Para realizar sus cálculos, aplicaron el marco matemático de la teoría cuántica de campos para describir la física fundamental de las partículas elementales, ymétodo numérico grupo de renormalización de matriz de densidad para simular sistemas cuánticos cuyos electrones se comportan de una manera fuertemente correlacionada.
"Nos sorprendió saber que para ciertas configuraciones de fases magnéticas podemos generar más de un fermión Majorana en cada límite", dijo el coautor y presidente del departamento de CMPMS Robert Konik.
Para que los fermiones Majorana sean prácticamente útiles en la computación cuántica, deben generarse en grandes cantidades. Los expertos en computación creen que el umbral mínimo en el que las computadoras cuánticas podrán resolver problemas que las computadoras clásicas no pueden es de 100 qubits. Los fermiones Majoranatambién tienen que ser móviles de tal manera que puedan enredarse.
El equipo planea hacer un seguimiento de su estudio teórico con experimentos utilizando sistemas de ingeniería como puntos cuánticos partículas semiconductoras de tamaño nanométrico o iones atrapados confinados. En comparación con las propiedades de los materiales reales, las de los materiales de ingeniería pueden ajustarse más fácilmente ymanipulado para introducir los diferentes límites de fase donde los fermiones de Majorana pueden emerger.
"De lo que estará hecha la próxima generación de computadoras cuánticas no está claro en este momento", dijo Konik. "Estamos tratando de encontrar mejores alternativas a los superconductores de baja temperatura de la generación actual, similar a cómo el silicio reemplazó al germanio entransistores. Estamos en etapas tan tempranas que necesitamos explorar todas las posibilidades disponibles "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :