Después de que los investigadores de TU Delft tuvieran que retirar su publicación de Nature sobre un bloque de construcción prometedor para futuras computadoras cuánticas hace dos años, ahora están ideando un nuevo enfoque. Al dar un paso atrás, las codiciadas partículas estables de Majorana parecen estar a la vista.
Los investigadores de Delft, dirigidos por Leo Kouwenhoven, han estado buscando partículas de majorana durante más de diez años. En 2012, encontraron los primeros signos esperanzadores. Las partículas de Majorana no son partículas elementales, como los electrones, sino las llamadas cuasipartículasdonde las partículas de un material se comportan colectivamente como si fueran una partícula.
Partículas de Majorana
El material en el que se excitan estas cuasipartículas de majorana podría protegerlas de perturbaciones externas. Esta estabilidad hace que las majoranas en papel sean muy adecuadas como bloques de construcción para una futura computadora cuántica, que puede realizar ciertas tareas mucho más rápido de lo que es posible con las computadoras actuales.
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En 2018 se publicó una publicación de Nature en la que los investigadores de Delft demostraron que habían logrado encontrar partículas de majorana en los extremos de nanocables superconductores ultrafinos. Pero tras las críticas a las medidas, tuvieron que retirar este artículo en 2020.
Desde entonces, el grupo de investigación no ha estado ocioso. Están trabajando en un nuevo enfoque con el que logrado ahora parece simplificar, ‘austeras majoranas’. Ese es un primer paso hacia partículas de Majorana más estables.
“En los últimos años ha quedado claro que con mediciones precisas se pueden ver fenómenos emergentes en su material que inicialmente se ven muy similares a las majoranas, pero que no tienen todas las propiedades necesarias”, dice GuanzhongWangcandidato a doctorado en QuTech, el instituto de investigación de tecnología cuántica de TU Delft y TNO.
collar corto
Eso planteó la pregunta de por qué los nanocables no se comportaron como se esperaba. Los investigadores de Delft creen que los materiales no son lo suficientemente puros, lo que provoca interrupciones. En teoría, las majoranas deberían poder soportar tales perturbaciones, pero eso tiene un límite. Parece que hubo demasiadas interrupciones.
Es por eso que los investigadores ahora han dado un paso atrás. Han hecho un nanocable más corto y simple, en el que pueden controlar mejor las condiciones. Las partículas de Majorana siempre aparecen en pares, una en cada extremo de dicho nanocable. Puedes pensar en un par majorana como dos medios electrones.
El nanocable más corto recuerda un poco a una sarta de cuentas, porque consta de dos puntos llamados cuánticos, pequeñas islas de semiconductor en un entorno no conductor, con una pieza de nanocable cubierta con un material superconductor en el medio. Los electrones pueden moverse de un lado a otro entre los puntos cuánticos y la pieza superconductora de nanocable de formas específicas. “Al controlar con mucha precisión el comportamiento de los electrones en la parte superconductora, podemos asegurarnos de que se formen majoranas en los extremos”, dice tom dvirinvestigador postdoctoral en QuTech.
Los investigadores ahora han demostrado que tienen suficiente control en el sistema simplificado con dos puntos cuánticos para permitir que surjan ‘majoranas sobrias’ simples.
Chicle
“El siguiente paso no es solo medir las partículas de Majorana, sino también manipularlas para que podamos usarlas como qubits”, dice Dvir. “Al mismo tiempo, veremos si podemos alargar la cadena, para que las Majoranas estén más separadas, lo que debería hacerlas más estables y robustas”.
“Creo que es un experimento maravilloso”, dice el físico teórico carlo beenakker de la Universidad de Leiden, que no participó en la investigación. “Han dado un paso atrás para construir primero algo que entiendan bien y luego, con cuidado, paso a paso, trabajar hacia el objetivo final: Majoranas estables”.
Beenakker compara las dos majoranas en los extremos con un chicle que se separa. Si lo separas hasta que se rompe en dos pedazos, tienes dos partículas de Majorana. Si los vuelves a juntar, recuperarás tu antiguo electrón.
Primer paso
“Lo que ahora han hecho en el experimento es separar un poco el chicle”, dice Beenakker. Pero las partes no están separadas unas de otras. Para que puedan volver a dispararse en un electrón.
Por lo tanto, Beenakker lo ve como un primer paso hacia una ‘partícula de Majorana real’. “Tal vez si haces una cadena más larga y tiras con más fuerza, obtendrás dos partículas independientes, pero aún no hemos llegado a eso”.