Científicos crean imanes cuánticos revolucionarios con excitaciones topológicas protegidas contra la decoherencia

MadridInvestigadores de la Universidad de Aalto y del Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias han desarrollado un nuevo tipo de material cuántico que podría tener aplicaciones significativas en la tecnología cuántica. Creando este material átomo por átomo, han demostrado un tipo más avanzado de imán cuántico. Este avance es crucial para producir materiales cuánticos que estén mejor protegidos contra la decoherencia, un problema principal en la computación y la tecnología cuántica.

Investigadores colocaron átomos de titanio magnético sobre una superficie de óxido de magnesio. Ajustaron meticulosamente las interacciones entre estos átomos para crear un tipo especial de magnetismo cuántico. Esta innovadora ingeniería fue inicialmente propuesta en un diseño teórico por Jose Lado en la Universidad Aalto y luego construida y probada por el equipo de Kai Yang mediante métodos precisos de manipulación atómica.

Las características clave del nuevo imán cuántico topológico incluyen:

• Resistencia a perturbaciones, lo que lo hace altamente estable bajo diversas condiciones.
• Niveles de coherencia más altos que los materiales cuánticos existentes, cruciales para aplicaciones en computación cuántica.
• Posibilidades de excitaciones fraccionarias donde los electrones se comportan como si estuvieran divididos en partes, introduciendo fenómenos físicos completamente nuevos.

Los imanes cuánticos pueden exhibir estados cuánticos a gran escala. Recientemente, científicos han desarrollado un nuevo tipo de imán cuántico que utiliza excitaciones topológicas y mantiene mejor la coherencia. Esto podría llevar a qubits más confiables y resistentes a los errores causados por la decoherencia.

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La investigación se centró en el uso de un microscopio de efecto túnel para controlar y estudiar con precisión átomos y qubits individuales. Este método proporciona el alto nivel de control necesario para desarrollar nuevos materiales cuánticos. Los investigadores demostraron que las excitaciones cuánticas topológicas permanecían coherentes y eran resistentes a perturbaciones externas, tal como se esperaba según las predicciones teóricas.

Este avance no solo abre nuevas vías en la física cuántica básica, sino que también podría tener un gran impacto en las tecnologías cuánticas del futuro. Por ejemplo, podría dar lugar a computadoras cuánticas más estables y confiables que superen a las actuales. Además, la capacidad de crear materiales con propiedades cuánticas especiales podría traer innovaciones en comunicación cuántica, sensores y criptografía.

Esta investigación resalta cómo los materiales cuánticos topológicos pueden ayudar a resolver problemas en las tecnologías cuánticas actuales. Aprovechando las características especiales de los imanes cuánticos topológicos, los científicos están cada vez más cerca de crear dispositivos cuánticos avanzados con nuevas y sorprendentes capacidades.