Los científicos de UC Santa Bárbara se encuentran en la cúspide de un gran avance en la computación cuántica topológica.
En un artículo que aparece en la revista Naturaleza , Chris Palmstrøm, profesor de UCSB de ingeniería eléctrica e informática y de materiales, y sus colegas describen un método mediante el cual los nanocables en forma de "hashtag" pueden ser persuadidos para generar cuasipartículas de Majorana. Estas cuasipartículas son estados exóticos que, si se realizan, pueden serutilizado para codificar información con muy poco riesgo de decoherencia, uno de los mayores desafíos de la computación cuántica, y por lo tanto, poca necesidad de corrección de errores cuánticos.
"Este fue un paso realmente bueno para que las cosas sucedieran", dijo Palmstrøm. En 2012, los científicos holandeses Leo Kouwenhoven y Erik Bakkers también autores del artículo de las Universidades de Tecnología de Delft y Eindhoven en los Países Bajos, informaron el primerobservación de estados consistentes con estas cuasipartículas. En ese momento, sin embargo, no llegaron a la prueba definitiva de que eran de hecho las Majoranas, y no otros fenómenos.
Bajo la égida de la Research Station Q de Microsoft Corporation, con sede en el campus de UCSB, este equipo de científicos es parte de un esfuerzo internacional mayor para construir la primera computadora cuántica topológica.
Las cuasipartículas llevan el nombre del físico italiano Ettore Majorana, quien predijo su existencia en 1937, en torno al nacimiento de la mecánica cuántica. Tienen la distinción única de ser sus propias antipartículas: pueden aniquilarse entre sí. También tienen la cualidad deser no abelianos, lo que da como resultado la capacidad de "recordar" sus posiciones relativas a lo largo del tiempo, una propiedad que los hace fundamentales para el cálculo cuántico topológico.
"Si vas a mover estas Majoranas físicamente entre sí, recordarán si se movieron en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario", dijo Mihir Pendharkar, un estudiante graduado investigador del Grupo Palmstrøm. Esta operación de mover uno alrededor del otro, dijocontinúa, es lo que se conoce como "trenzado". En teoría, los cálculos podrían realizarse trenzando las Majoranas y luego fusionándolas, liberando un poof de energía - un "alto digital" - o absorbiendo energía - un "bajo digital". "La información está contenida y procesada por el intercambio de posiciones, y el resultado se divide entre las dos o más Majoranas no las cuasipartículas en sí, una propiedad topológica que protege la información de las perturbaciones ambientales ruido que podrían afectar a laMajoranas individual.
Sin embargo, antes de que se pueda realizar cualquier trenzado, primero se deben generar estas cuasipartículas frágiles y fugaces. En esta colaboración internacional, las obleas semiconductoras comenzaron su viaje con patrones de gotas de oro en la Universidad Tecnológica de Delft. Con las gotas de oro actuando como semillasLuego, los nanocables semiconductores de antimonuro de indio InSb se cultivaron en la Universidad Tecnológica de Eindhoven. A continuación, los nanocables viajaron por todo el mundo hasta Santa Bárbara, donde los investigadores del Palmstrøm Group los limpiaron cuidadosamente y los cubrieron parcialmente con una fina capa de aluminio superconductor.fueron devueltos a los Países Bajos para realizar mediciones eléctricas de baja temperatura.
"Se ha predicho que el Majorana ocurre entre un superconductor y un cable semiconductor", explicó Palmstrøm. Algunos de los cables que se cruzan en el dispositivo infinitesimal en forma de hashtag se fusionan, mientras que otros apenas se pierden entre sí, dejando un espacio muy preciso.Este ingenioso diseño, según los investigadores, permite que algunas regiones de un nanoalambre no tengan una capa de aluminio, lo que establece las condiciones ideales para la medición de Majoranas.
"Lo que debería ver es un estado de energía cero", dijo Pendharkar. Este "pico de sesgo cero" es consistente con las matemáticas que dan como resultado que una partícula sea su propia antipartícula y se observó por primera vez en 2012. "En 2012, mostraron un pequeño destello de sesgo cero en un mar de fondo ", dijo Pendharkar. Con el nuevo enfoque, continuó," ahora el mar ha desaparecido ", lo que no solo aclara el resultado de 2012 y lleva a los investigadores un paso más cercaa prueba definitiva de los estados de Majorana, pero también sienta una base más sólida para la producción de estas cuasipartículas.
Las majoranas, debido a su inmunidad particular al error, se pueden usar para construir un qubit unidad de información cuántica ideal para computadoras cuánticas topológicas y, según los investigadores, pueden resultar en una computadora cuántica más practicable debido a su falla:la tolerancia requerirá menos qubits para la corrección de errores.
"Todas las computadoras cuánticas van a funcionar a temperaturas muy bajas", dijo Palmstrøm, "porque 'cuántica' es una diferencia de energía muy baja". Por lo tanto, dijeron los investigadores, enfriar menos qubits tolerantes a fallas en un circuito cuánticoser más fácil y ocupar un espacio más pequeño que enfriar más qubits propensos a errores más los necesarios para proteger contra errores.
El paso final hacia la prueba concluyente de Majoranas será el trenzado, un experimento que los investigadores esperan realizar en un futuro cercano. Con ese fin, los científicos continúan construyendo sobre esta base con diseños que pueden permitir y medir el resultado detrenza.
"Hemos tenido la financiación y la experiencia de personas que son expertas en el lado de las mediciones y expertos en el lado teórico de las cosas", dijo Pendharkar, "y ha sido una gran colaboración la que nos ha llevadoa este nivel. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Sonia Fernandez. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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