27.04.2020 - University of Copenhagen

Se ha descubierto una nueva forma de desarrollar la superconductividad topológica

La investigación cuántica unifica dos ideas que ofrecen una ruta alternativa a la superconductividad topológica

Un semiconductor en forma de lápiz, que mide sólo unos pocos cientos de nanómetros de diámetro, es lo que los investigadores del Centro de Dispositivos Cuánticos del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague, en colaboración con los investigadores de Microsoft Quantum, han utilizado para descubrir una nueva ruta hacia la superconductividad topológica y los modos cero de Majorana en un estudio recientemente publicado en Science.

La nueva ruta que los investigadores descubrieron utiliza el devanado de fase alrededor de la circunferencia de un superconductor cilíndrico que rodea a un semiconductor, un enfoque que ellos llaman "un avance conceptual".

"El resultado puede proporcionar una ruta útil hacia el uso de los modos cero de Majorana como base de los qubits protegidos para la información cuántica. No sabemos si estos cables en sí mismos serán útiles, o si sólo las ideas serán útiles", dice Charles Marcus, Profesor Villum Kann Rasmussen del Instituto Niels Bohr y Director Científico del Laboratorio Cuántico de Microsoft en Copenhague.

"Lo que hemos encontrado parece ser una forma mucho más fácil de crear los modos cero de Majorana, donde se pueden activar y desactivar, y eso puede marcar una gran diferencia"; dice el investigador postdoctoral Saulius Vaitiekėnas, que fue el principal experimentalista del estudio.

Dos ideas conocidas combinadas

La nueva investigación fusiona dos ideas ya conocidas utilizadas en el mundo de la mecánica cuántica: Los superconductores topológicos basados en vórtices y la superconductividad topológica unidimensional en nanocables.

"La importancia de este resultado es que unifica diferentes enfoques para comprender y crear superconductividad topológica y modos cero de Majorana", dice el profesor Karsten Flensberg, Director del Centro de Dispositivos Cuánticos.

Mirando hacia atrás en el tiempo, los hallazgos pueden describirse como una extensión de una pieza física de 50 años de antigüedad conocida como el efecto Little-Parks. En el efecto Little-Parks, un superconductor en forma de concha cilíndrica se ajusta a un campo magnético externo, enroscando el cilindro al saltar a un "estado de vórtice" donde la función de onda cuántica alrededor del cilindro lleva un giro de su fase.

Charles M. Marcus, Saulius Vaitiekėnas, y Karsten Flensberg del Instituto Niels Bohr en el Laboratorio Cuántico de Microsoft en Copenhague.

Lo que se necesitaba era un tipo especial de material que combinara nanocables semiconductores y aluminio superconductor. Esos materiales fueron desarrollados en el Centro de Dispositivos Cuánticos en pocos años. Los alambres particulares para este estudio fueron especiales en tener la cubierta superconductora rodeando completamente el semiconductor. Estos fueron cultivados por el profesor Peter Krogstrup, también en el Centro de Dispositivos Cuánticos y Director Científico del Laboratorio de Materiales Cuánticos de Microsoft en Lyngby.

La investigación es el resultado de la misma pregunta científica básica que a través de la historia ha llevado a muchos grandes descubrimientos.

"Nuestra motivación para mirar esto en primer lugar fue que parecía interesante y no sabíamos qué pasaría", dice Charles Marcus sobre el descubrimiento experimental, que fue confirmado teóricamente en la misma publicación. Sin embargo, la idea puede indicar un camino a seguir para la computación cuántica.

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