La tecnología cuántica tiene el potencial de revolucionar la computación, la criptografía y la simulación de los sistemas cuánticos. Sin embargo, la física cuántica impone una nueva demanda al hardware de procesamiento de información: los estados cuánticos son frágiles y, por lo tanto, deben controlarse sin ser medidos. Investigadores de NielsEl Instituto Bohr ha demostrado ahora una propiedad clave de los modos cero de Majorana que los protege de la decoherencia. El resultado brinda un apoyo positivo a la existencia de los modos de Majorana y va más allá al mostrar que están protegidos, como se predijo teóricamente. Los resultados se han publicado enla revista científica Naturaleza .
Las computadoras normales tienen una capacidad limitada para resolver ciertas clases de problemas. La limitación radica en el hecho de que la operación de una computadora convencional se basa en estados clásicos, o bits, la unidad fundamental de información que es 0 o 1.
En una computadora cuántica, los datos se almacenan en bits cuánticos, o qubits. Según las leyes de la mecánica cuántica, un qubit puede estar en una superposición de estados, un 0 y 1 al mismo tiempo. Aprovechando estoy otras propiedades de la física cuántica, una computadora cuántica hecha de qubits interconectados debería ser capaz de abordar ciertos problemas de manera mucho más eficiente de lo que sería posible en una computadora clásica.
Hay muchos sistemas físicos diferentes que, en principio, podrían usarse como bits cuánticos. El problema es que la mayoría de los sistemas cuánticos pierden coherencia muy rápidamente: el qubit se convierte en un bit normal una vez medido. Es por eso que los investigadores todavía están buscando el mejorimplementación del hardware cuántico. Ingrese al modo cero Majorana, un estado deslocalizado en un superconductor que resiste la decoherencia al compartir información cuántica entre ubicaciones separadas. En un modo Majorana, la información se almacena de tal manera que una perturbación de cualquiera de las ubicaciones abandone el cuantoinformación intacta
"Estamos investigando un nuevo tipo de partícula, llamada modo cero de Majorana, que puede proporcionar una base para la información cuántica que está protegida contra la medición por un especial y quién sabe, quizás una propiedad única de estas partículas. Las partículas de Majorana noexisten como partículas por sí mismas, pero pueden crearse usando una combinación de materiales que involucran superconductores y semiconductores. Lo que encontramos es que, en primer lugar, los modos Majorana están presentes, verificando experimentos anteriores, pero lo más importante es que están protegidos,tal como lo predice la teoría ", dice el profesor Charles Marcus Villum Kann Rasmussen, Director del Centro de Dispositivos Cuánticos QDev y Station Q Copenhagen, en el Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague.
nanocables para tecnología cuántica
El Centro de Dispositivos Cuánticos es un centro de investigación líder en tecnología de información cuántica, con actividades en teoría, experimentación e investigación de materiales.
Se utilizaron nanocables semiconductores de alrededor de 10 micrómetros de largo y alrededor de 0.1 micrómetros de diámetro, recubiertos con aluminio superconductor para formar islas aisladas de varias longitudes. Aplicando un campo magnético fuerte a lo largo del eje del cable y enfriando los cables por debajo de una décima partede un kelvin, se formó un nuevo tipo de estado superconductor, llamado superconductor topológico.
los estados cuánticos están protegidos
En 2012, los físicos de la Universidad de Delft en los Países Bajos encontraron las primeras firmas de los modos cero de Majorana en un sistema similar, con evidencia adicional revelada en experimentos posteriores en todo el mundo. Ahora, los investigadores del Centro de Dispositivos Cuánticos han demostrado predicciones críticas sobresu comportamiento, es decir, que sus estados cuánticos están protegidos de una manera fundamentalmente diferente de los estados cuánticos convencionales.
Los experimentos fueron realizados por el candidato a doctorado Sven Albrecht y el postdoc Andrew Higginbotham, ahora en la Universidad de Colorado / NIST, EE. UU., Utilizando nuevos nanocables híbridos superconductores-semiconductores desarrollados por el profesor asistente Peter Krogstrup en colaboración con Marcus y el profesor Jesper Nygard.
"La protección está relacionada con la propiedad exótica del modo Majorana que existe simultáneamente en ambos extremos del nanocable, pero no en el medio. Para destruir su estado cuántico, debe actuar en ambos extremos al mismo tiempo,lo cual es poco probable ", dice Sven Albrecht.
Albrecht explica que fue un esfuerzo desafiante demostrar la protección experimentalmente. Los investigadores tuvieron que repetir su experimento muchas veces con nanocables de diferentes longitudes para demostrar que la protección mejoró con la longitud del cable.
"La protección exponencial es una verificación importante a medida que continuamos nuestra exploración básica y, en última instancia, la aplicación de los estados topológicos de la materia. Dos cosas han impulsado el campo hacia adelante, desde los primeros avistamientos de Majorana en Delft hasta los resultados actuales, el primeroes una fuerte interacción entre la teoría y el experimento. El segundo es el notable desarrollo de materiales en Copenhague, un esfuerzo anterior a nuestro Centro. Sin estos nuevos materiales, el campo estaba bastante atascado. Eso está detrás de nosotros ahora ", dice Charles Marcus.
La investigación en el Centro de Dispositivos Cuánticos y Station Q Copenhagen fue apoyada por Microsoft Research y la Danish National Research Foundation y la Villum Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Copenhague - Instituto Niels Bohr . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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