Novo avanço: supercondutividade em bordas abre caminho para a computação quântica topológica

São PauloPesquisadores da Universidade de Colônia fizeram avanços notáveis em materiais quânticos, o que pode levar a melhorias na supercondutividade topológica e na computação quântica confiável. As descobertas foram publicadas na revista Nature Physics.

A supercondutividade permite que a eletricidade flua sem resistência em certos materiais. O efeito Hall quântico anômalo também resulta em zero resistência, mas apenas nas bordas do material. Ao combinar esses dois efeitos, podem ser criadas partículas especiais chamadas férmions de Majorana. Essas partículas têm o potencial de revolucionar os computadores quânticos.

Principais descobertas do estudo:

• Os pesquisadores utilizaram filmes finos de um isolante Hall anômalo quântico.
• Um eletrodo de nióbio supercondutor foi empregado para induzir estados Majorana quirais.
• Foi observada a reflexão de Andreev cruzada, confirmando a supercondutividade induzida no estado de borda.

Esses experimentos mostram que materiais com propriedades elétricas especiais em suas bordas podem se tornar supercondutores. Essa descoberta oferece uma nova forma de explorar estados quânticos avançados, fundamentais para tornar os computadores quânticos mais estáveis e eficientes.

Anjana Uday, uma pesquisadora de doutorado em seu último ano, explicou que inseriram um elétron em uma extremidade do material isolante. Na outra extremidade, ele saiu como uma lacuna, que é um elétron com carga positiva. Esse processo, chamado de reflexão cruzada de Andreev, comprova que a supercondutividade foi induzida no estado de borda topológica.

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Gertjan Lippertz, um bolsista de pós-doutorado, explicou que muitas equipes de pesquisa tentaram este experimento na última década, mas não obtiveram sucesso. A conquista deles se deveu à realização da deposição do filme do isolante quântico anômalo de Hall, à criação do dispositivo e à condução de medições em temperatura ultrabaixa, tudo no mesmo laboratório.

A equipe de pesquisa colaborou com colegas da KU Leuven, da Universidade de Basel e do Forschungszentrum Jülich. Yoichi Ando, professor de física experimental, destacou que trabalhar em conjunto e ter os recursos adequados foram essenciais para essa importante descoberta.

Aprender sobre e aplicar a supercondutividade topológica e os estados de borda de Majorana quiral pode revolucionar a computação quântica. Essas tecnologias podem fornecer qubits mais confiáveis, com menor probabilidade de perda de dados. A abordagem deste estudo sugere uma maneira eficaz de criar computadores quânticos mais robustos e escaláveis.

Os próximos passos envolvem a realização de experimentos para confirmar diretamente os férmions Majorana quirais e compreender suas características únicas. Essa descoberta abre inúmeras possibilidades para pesquisas futuras.

Pesquisadores da Universidade de Colônia avançam na computação quântica topológica, aproximando-nos da criação de computadores quânticos mais estáveis e eficientes no futuro.