Investigadores de la Universidad de Colonia han logrado un gran avance en materiales cuánticos, lo que podría conducir a avances en superconductividad topológica y una sólida computación cuántica/publicación Física de la Naturaleza.
Un equipo de físicos experimentales dirigido por la Universidad de Colonia ha demostrado que es posible crear efectos superconductores en materiales especiales conocidos por sus propiedades eléctricas únicas. El descubrimiento proporciona una nueva forma de explorar estados cuánticos de orden superior que podrían ser fundamentales para el desarrollo de computadoras cuánticas estables y eficientes. Se ha publicado su estudio, titulado “Correlación superconductora inducida en un aislante de pasillo anómalo cuántico”. Física de la naturaleza.
La superconductividad es un fenómeno en el que la electricidad fluye a través de ciertos materiales sin resistencia. El efecto Hall anómalo cuántico es otro fenómeno que también causa resistencia cero, pero con una peculiaridad: se limita a los bordes en lugar de a toda la extensión. La teoría predice que la combinación de superconductividad y el efecto Hall anómalo cuántico dará lugar a partículas topológicamente conservadas llamadas fermiones de Majorana que potencialmente revolucionarán tecnologías futuras como las computadoras cuánticas. Esta combinación se puede lograr agregando superconductividad al borde de un aislante Hall cuántico anómalo que ya está libre de resistencia. El estado de borde quiral resultante de Majorana, que es un tipo especial de fermiones de Majorana, es la clave para comprender los ‘qubits voladores’ (o bits cuánticos) que están topológicamente conservados.
“Para este estudio utilizamos películas delgadas de aislante Hall anómalo cuántico con un electrodo de niobio superconductor”, explicó Anjana Uday, investigadora de doctorado de último año en el grupo del Prof. Dr. Yuchi Ando y primera autora del artículo, se acercó e intentó inducir la quiral. Majorana afirma en sus bordes. Después de 5 años de arduo trabajo finalmente logramos lograr este objetivo: cuando insertamos un electrón en un terminal de un material aislante, se refleja en el otro terminal, no como un electrón sino como un hueco. que es esencialmente un fantasma de un electrón con carga opuesta, un fenómeno que llamamos reflexión cruzada de Andrew, y nos da una ventaja topológica que permite la detección de superconductividad excitada en el estado”.
“Desde el descubrimiento del efecto Hall anómalo cuántico, varios grupos han intentado este experimento en los últimos diez años, pero ninguno ha tenido éxito”, añadió Gertjan Lippertz, becario postdoctoral en el grupo Endo y coprimer autor del artículo. “En primer lugar, la clave de nuestro éxito es que la deposición de una película de un aislante Hall cuántico anómalo, junto con la fabricación del dispositivo, no es posible en el mismo laboratorio”.
Para lograr estos resultados, el grupo de Colonia colaboró con colegas de la KU Leuven, la Universidad de Basilea y el Forschungszentrum Jülich. Este último apoyó la teoría dentro del Grupo Conjunto de Excelencia Materia y Luz para la Computación Cuántica (ML4Q). “El clúster ha sido decisivo a la hora de proporcionar el marco de colaboración y los recursos necesarios para este desarrollo”, explicó Yuchi Endo, profesor de física experimental en la Universidad de Colonia y portavoz de ML4Q.
Este descubrimiento abre numerosas vías para futuras investigaciones. Los próximos pasos incluyen experimentos para confirmar directamente la aparición de fermiones quirales de Majorana y aclarar su naturaleza exótica. Comprender y explotar la superconductividad topológica y los estados quirales de los bordes de Majorana podría revolucionar la computación cuántica al proporcionar qubits estables que son menos susceptibles a la decoherencia y la pérdida de información. La plataforma demostrada en este estudio ofrece un camino prometedor hacia el logro de estos objetivos, lo que podría conducir a computadoras cuánticas más robustas y escalables.
