Las computadoras cuánticas prometen grandes avances en muchos campos, desde la criptografía hasta la simulación del plegamiento de proteínas. Sin embargo, qué sistema físico funciona mejor para construir los bits cuánticos subyacentes sigue siendo una pregunta abierta. A diferencia de los bits normales en su computadora, estosllamados qubits no solo pueden tomar los valores 0 y 1, sino también mezclas de los dos. Si bien esto los hace potencialmente muy útiles, también se vuelven muy inestables.
Un enfoque para resolver este problema apuesta por qubits topológicos que codifican la información en su disposición espacial. Eso podría proporcionar una base de cálculo más estable y resistente a errores que otras configuraciones. El problema es que nadie ha encontrado definitivamente unaqubit todavía.
Un equipo internacional de investigadores de Austria, Copenhague y Madrid alrededor de Marco Valentini del grupo de Nanoelectrónica en IST Austria ahora ha examinado una configuración que se predijo que produciría los llamados modos cero de Majorana, el ingrediente central para un qubit topológicoDescubrieron que una señal válida para tales modos puede ser de hecho una bandera falsa.
la mitad de un electrón
La configuración experimental se compone de un cable diminuto de solo unos cientos de nanómetros unas millonésimas de milímetro de largo, desarrollado por Peter Krogstrup de Microsoft Quantum y la Universidad de Copenhague. Estos nanocables, apropiadamente llamados, forman una conexión flotante entredos conductores metálicos en un chip. Están recubiertos con un material superconductor que pierde toda la resistencia eléctrica a temperaturas muy bajas. El recubrimiento llega hasta una pequeña parte que queda en un extremo del cable, que forma una parte crucial delconfiguración: la unión. Todo el artilugio se expone a un campo magnético.
Las teorías de los científicos predijeron que los modos cero de Majorana, la base del qubit topológico que estaban buscando, deberían aparecer en el nanoalambre. Estos modos cero de Majorana son un fenómeno extraño, porque comenzaron como un truco matemático para describirun electrón en el cable como compuesto por dos mitades. Por lo general, los físicos no piensan en los electrones como algo que se pueda dividir, pero usando esta configuración de nanocables debería haber sido posible separar estos "medios electrones" y usarlos como qubits.
"Estábamos emocionados de trabajar en esta plataforma de material muy prometedora", explica Marco Valentini, quien se unió a IST Austria como pasante antes de convertirse en estudiante de doctorado en el grupo de Nanoelectrónica. "Lo que esperábamos ver era la señal de los modos cero de Majorana.en el nanoalambre, pero no encontramos nada. Primero, estábamos confundidos, luego frustrados. Finalmente, y en estrecha colaboración con nuestros colegas del grupo de Teoría de Materiales Cuánticos y Tecnologías Cuánticas de Estado Sólido en Madrid, examinamos la configuración y descubrimosqué le pasaba ".
Una bandera falsa
Después de intentar encontrar las firmas de los modos cero de Majorana, los investigadores comenzaron a variar la configuración del nanocable para verificar si algún efecto de su arquitectura estaba perturbando su experimento. "Hicimos varios experimentos en diferentes configuraciones para descubrir qué estaba fallando", Explica Valentini." Nos tomó un tiempo, pero cuando duplicamos la longitud de la unión sin revestimiento de cien nanómetros a doscientos, encontramos a nuestro culpable ".
Cuando la unión fue lo suficientemente grande, sucedió lo siguiente: el nanoalambre interno expuesto formó un llamado punto cuántico, una pequeña partícula de materia que muestra propiedades mecánicas cuánticas especiales debido a su geometría confinada. Los electrones en este punto cuántico podrían entoncesinteractúan con los que están en el superconductor de recubrimiento junto a él, y con eso imitan la señal de los "medios electrones", los modos cero de Majorana, que los científicos estaban buscando.
"Esta conclusión inesperada llegó después de que establecimos el modelo teórico de cómo el punto cuántico interactúa con el superconductor en un campo magnético y comparamos los datos experimentales con simulaciones detalladas realizadas por Fernando Peñaranda, un estudiante de doctorado en el equipo de Madrid", dice Valentini.
"Confundir esta señal de imitación con un modo cero de Majorana nos muestra lo cuidadosos que debemos ser en nuestros experimentos y en nuestras conclusiones", advierte Valentini. "Si bien esto puede parecer un paso atrás en la búsqueda de modos cero de Majorana,en realidad, es un paso crucial hacia la comprensión de los nanocables y sus señales experimentales. Este hallazgo muestra que el ciclo de descubrimiento y examen crítico entre pares internacionales es fundamental para el avance del conocimiento científico ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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