Avances en computación cuántica: la superconductividad en bordes revoluciona el campo de materiales topológicos

MadridInvestigadores de la Universidad de Colonia han logrado avances significativos en materiales cuánticos. Esto podría llevar a mejoras en la superconductividad topológica y una computación cuántica más fiable. Sus hallazgos han sido publicados en Nature Physics.

La superconductividad permite que la electricidad fluya sin ninguna resistencia en ciertos materiales. El efecto Hall cuántico anómalo también produce resistencia cero, pero solo en los bordes del material. La combinación de estos dos efectos puede generar partículas especiales llamadas fermiones de Majorana. Estas partículas podrían revolucionar los computadores cuánticos.

Puntos clave del estudio:

• Se utilizaron películas delgadas de un aislante Hall cuántico anómalo.
• Un electrodo de niobio superconductores se empleó para inducir estados de Majorana quirales.
• Se observó reflexión de Andreev cruzada, lo que confirmó la superconductividad inducida en el estado de borde.

Estos experimentos demuestran que los materiales con propiedades eléctricas especiales en sus bordes pueden convertirse en superconductores. Este descubrimiento ofrece un nuevo método para investigar estados cuánticos avanzados, cruciales para hacer las computadoras cuánticas más estables y eficientes.

Anjana Uday, investigadora doctoral en su último año, explicó que colocaron un electrón en un extremo del material aislante. En el otro extremo, salió como un hueco, que es un electrón con carga positiva. Este proceso, denominado reflexión de Andreev cruzada, demuestra que se ha inducido superconductividad en el estado de borde topológico.

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Gertjan Lippertz, un investigador postdoctoral, explicó que muchos equipos de investigación han intentado este experimento durante la última década sin éxito. Lograron el éxito debido a que realizaron la deposición del material aislante cuántico anómalo Hall, crearon el dispositivo y llevaron a cabo las mediciones a temperaturas ultra bajas, todo en el mismo laboratorio.

El equipo de investigación colaboró con colegas de KU Leuven, la Universidad de Basilea y el Forschungszentrum Jülich. Yoichi Ando, profesor de física experimental, destacó que la colaboración y disponer de los recursos adecuados fueron esenciales para este importante descubrimiento.

Aprender sobre la superconductividad topológica y los estados de borde de Majorana quiral y aplicarlos podría revolucionar la computación cuántica. Podrían ofrecer qubits confiables que tienen menos probabilidades de perder datos. El enfoque de este estudio sugiere un método efectivo para crear ordenadores cuánticos más robustos y escalables.

Los próximos pasos consisten en realizar experimentos para confirmar directamente los fermiones de Majorana quirales y comprender sus características únicas. Este descubrimiento abre muchas oportunidades para futuras investigaciones.

Investigadores de la Universidad de Colonia avanzan en la computación cuántica topológica, acercándonos a la creación de computadores cuánticos estables y eficientes en el futuro.