Un equipo conjunto de científicos de la Universidad de California, Riverside y el Instituto de Tecnología de Massachusetts se está acercando a confirmar la existencia de una partícula cuántica exótica llamada fermión de Majorana, crucial para la computación cuántica tolerante a fallas: el tipo de cuánticainformática que aborda los errores durante su funcionamiento.
La computación cuántica utiliza fenómenos cuánticos para realizar cálculos. Los fermiones Majorana existen en el límite de los superconductores especiales llamados superconductores topológicos, que tienen una brecha superconductora en sus interiores y albergan fermiones Majorana afuera, en sus límites. Los fermiones Majorana son uno de los más buscados.después de los objetos en la física cuántica porque son sus propias antipartículas, pueden dividir el estado cuántico de un electrón a la mitad y siguen diferentes estadísticas en comparación con los electrones. Aunque muchos afirman haberlos identificado, los científicos aún no pueden confirmar su cuántica exóticanaturaleza.
El equipo de UCR-MIT superó el desafío al desarrollar un nuevo sistema de materiales de heteroestructura, basado en oro, que podría usarse potencialmente para demostrar la existencia y la naturaleza cuántica de los fermiones Majorana. Los materiales de heteroestructura están formados por capas de materiales drásticamente diferentes que, juntos, muestran funcionalidades completamente diferentes en comparación con sus capas individuales.
"No es muy trivial encontrar un sistema material que sea naturalmente un superconductor topológico", dijo Peng Wei, profesor asistente de física y astronomía y un experimentalista de materia condensada, que codirigió el estudio, apareciendo Cartas de revisión física , con Jagadeesh Moodera y Patrick Lee del MIT. "Un material debe satisfacer varias condiciones estrictas para convertirse en un superconductor topológico".
Se predice que el fermión de Majorana, considerado la mitad de un electrón, se encuentra en los extremos de un nanocable superconductor topológico. Curiosamente, dos fermiones de Majorana pueden combinarse entre sí para formar un electrón, lo que permite los estados cuánticos delel electrón se almacenará de manera no local: una ventaja para la computación cuántica tolerante a fallas.
En 2012, los teóricos del MIT, liderados por Lee, predijeron que las heteroestructuras de oro pueden convertirse en un superconductor topológico bajo condiciones estrictas. Los experimentos realizados por el equipo UCR-MIT han logrado todas las condiciones necesarias para las heteroestructuras de oro.
"Lograr tal heteroestructura es muy exigente porque varios desafíos de física de materiales debían abordarse primero", dijo Wei, un alumno de UCR que regresó al campus en 2016 desde el MIT.
Wei explicó que el trabajo de investigación muestra que la superconductividad, el magnetismo y el acoplamiento de la órbita giratoria de los electrones pueden coexistir en oro, un desafío difícil de cumplir, y mezclarse manualmente con otros materiales a través de heteroestructuras.
"La superconductividad y el magnetismo normalmente no coexisten en el mismo material", dijo.
El oro no es un superconductor, agregó, y tampoco lo son los estados electrónicos en su superficie.
"Nuestro artículo muestra por primera vez que la superconductividad se puede llevar a los estados de la superficie del oro, lo que requiere una nueva física", dijo. "Mostramos que es posible hacer que el estado de la superficie del oro sea un superconductor, que nuncase ha mostrado antes "
El trabajo de investigación también muestra que la densidad electrónica de la superconductividad en los estados superficiales del oro puede ajustarse.
"Esto es importante para la manipulación futura de fermiones de Majorana, requerido para una mejor computación cuántica", dijo Wei. "Además, el estado de la superficie del oro es un sistema bidimensional que es naturalmente escalable, lo que significa que permite la construcción del fermión de Majoranacircuitos "
Además de Wei, Moodera y Lee, el equipo de investigación también incluye a Sujit Manna y Marius Eich del MIT.
La investigación fue financiada por la Fundación John Templeton, la Oficina de Investigación Naval, la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Iqbal Pittalwala. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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