Las partículas de Majorana son miembros muy peculiares de la familia de las partículas elementales. Predichos por primera vez en 1937 por el físico italiano Ettore Majorana, estas partículas pertenecen al grupo de los llamados fermiones, un grupo que también incluye electrones, neutrones y protones. MajoranaLos fermiones son eléctricamente neutros y también sus propias anti-partículas. Estas partículas exóticas pueden, por ejemplo, emerger como cuasi-partículas en superconductores topológicos y representar bloques de construcción ideales para computadoras cuánticas topológicas.
Pasando a dos dimensiones
En el camino hacia tales computadoras cuánticas topológicas basadas en cuasi-partículas de Majorana, físicos de la Universidad de Würzburg junto con colegas de la Universidad de Harvard EE. UU. Han dado un paso importante: mientras que los experimentos anteriores en este campo se han centrado principalmente en uno-sistemas dimensionales, los equipos de Würzburg y Harvard han logrado pasar a sistemas bidimensionales.
En esta colaboración, los grupos de Ewelina Hankiewicz Theoretische Physik IV y Laurens Molenkamp Experimentelle Physik III de la Universidad de Würzburg se unieron a los grupos de Amir Yacoby y Bertrand Halperin de la Universidad de Harvard. Sus hallazgos se presentan en elnúmero actual de la revista científica Naturaleza .
Dos superconductores pueden simplificar las cosas
"Darse cuenta de los fermiones de Majorana es uno de los temas más estudiados en la física de la materia condensada", dice Ewelina Hankiewicz. Según ella, las realizaciones anteriores se han centrado generalmente en sistemas unidimensionales como los nanocables. Explica que una manipulación de los fermiones de Majoranaes muy difícil en estas configuraciones. Por lo tanto, se requerirían esfuerzos significativos para hacer que los fermiones de Majorana en estas configuraciones sean eventualmente aplicables a la computación cuántica.
Para evitar algunas de estas dificultades, los investigadores han estudiado los fermiones de Majorana en un sistema bidimensional con un fuerte acoplamiento espín-órbita. "El sistema que investigamos es la llamada unión de Josephson controlada por fase, es decir, dossuperconductores que están separados por una región normal ", explica Laurens Molenkamp. La diferencia de fase superconductora entre los dos superconductores proporciona una perilla adicional, lo que hace que un intrincado ajuste fino de los otros parámetros del sistema sea al menos parcialmente innecesario.
paso importante hacia un control mejorado
En el material estudiado, un bien cuántico de telururo de mercurio acoplado a aluminio superconductor de película delgada, los físicos observaron por primera vez una transición de fase topológica que implica la aparición de fermiones de Majorana en uniones Josephson controladas por fase. La configuración se realizó experimentalmente aquíconstituye una plataforma versátil para la creación, manipulación y control de los fermiones de Majorana, que ofrece varias ventajas en comparación con las plataformas unidimensionales anteriores. Según Hankiewicz, "este es un paso importante hacia un mejor control de los fermiones de Majorana". La prueba de conceptode un superconductor topológico basado en una unión de Josephson bidimensional abre nuevas posibilidades para la investigación de los fermiones de Majorana en la física de la materia condensada. En particular, se pueden evitar varias limitaciones de las realizaciones anteriores de los fermiones de Majorana.
Revolución potencial en tecnología informática
Al mismo tiempo, un control mejorado de los fermiones de Majorana representa un paso importante hacia las computadoras cuánticas topológicas. Teóricamente, estas computadoras pueden ser significativamente más poderosas que las computadoras convencionales. Por lo tanto, tienen el potencial de revolucionar la tecnología informática.
A continuación, los investigadores planean mejorar las uniones de Josephson y avanzar hacia uniones con regiones normales más estrechas. Aquí, se esperan fermiones de Majorana más localizados. Estudian más a fondo las posibilidades de manipular fermiones de Majorana, por ejemplo, mediante el uso de otros semiconductores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Original escrito por Gunnar Bartsch. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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