Un equipo multiinstitucional de científicos de Estados Unidos, dirigido por el físico Peng Wei de la Universidad de California en Riverside, ha desarrollado un nuevo material superconductor que podría utilizarse potencialmente en la computación cuántica y es candidato a “superconductores topológicos”.
La topología es la matemática de las formas. Un superconductor topológico utiliza un estado deslocalizado de un electrón o hueco (un hueco se comporta como un electrón con carga positiva) para transportar información cuántica y procesar datos de manera robusta.
Los investigadores informan hoy Avances de la ciencia que combinaron telurio trigonal con un superconductor en estado superficial que creció en la superficie de una fina película de oro. El telurio trigonal es un elemento quiral, lo que significa que no se puede superponer a su imagen especular como nuestras manos izquierda y derecha. El telurio trigonal tampoco es magnético. Sin embargo, los investigadores han observado estados cuánticos en interfaces que albergan una polarización de espín bien definida. La polarización de espín permite que la excitación se utilice potencialmente para crear bits cuánticos de espín, o qubits.
“Al crear una interfaz muy limpia entre el material quiral y el oro, hemos creado una interfaz superconductora bidimensional”, dijo Wei, profesor asociado de física y astronomía. “Los superconductores de interfaz son únicos porque residen en un entorno donde la energía de espín es seis veces mayor que la de los superconductores convencionales”.
Los investigadores observaron que el superconductor de interfaz sufre una transición bajo un campo magnético y se vuelve más fuerte en campos altos que en campos bajos, lo que sugiere una transición a un “superconductor triplete” que es más estable bajo un campo magnético.
Además, en colaboración con científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, los investigadores demostraron que un superconductor de este tipo que involucra películas delgadas de heteroestructura de oro y niobio suprime naturalmente las fuentes de decoherencia de defectos materiales como el óxido de niobio, un desafío común para los superconductores de niobio. Demostraron que los superconductores pueden convertirse en resonadores de microondas de alta calidad y bajas pérdidas con factores de calidad que alcanzan el millón.
La nueva tecnología tiene aplicaciones en la computación cuántica, un campo que aprovecha la mecánica cuántica para resolver problemas complejos que las computadoras o supercomputadoras clásicas no pueden resolver o resolver rápidamente, según la multinacional tecnológica IBM.
“Lo logramos utilizando materiales que son un orden de magnitud más delgados que los utilizados típicamente en la industria de la computación cuántica”, dijo Wei. “Los resonadores de microondas de baja pérdida son componentes importantes de la computación cuántica y podrían ser qubits superconductores de baja pérdida. Uno de los mayores desafíos en la computación cuántica es minimizar la decoherencia, o pérdida de información cuántica, en un sistema de qubit”.
La decoherencia ocurre cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno, lo que hace que la información del sistema se mezcle con el entorno. La decoherencia plantea un desafío para la realización de computadoras cuánticas.
A diferencia de los métodos anteriores que requerían materiales magnéticos, el nuevo método de los investigadores utiliza materiales no magnéticos para una interfaz más limpia.
“Nuestro material puede ser un candidato prometedor para desarrollar componentes de computación cuántica más escalables y fiables”, afirmó Wei.
A Wei se unieron en la investigación sus estudiantes de posgrado en la UCR.
El artículo se titula “Firma de una interfaz activa de espín y campo Zeeman localmente mejorado en una heteroestructura de material quiral superconductor”.
La contribución de la UCR al proyecto de investigación fue financiada por el premio NSF CAREER de Wei, una subvención NSF Convergence Accelerator Track-C compartida por la UCR y el MIT, y fondos de Lincoln Lab Line compartidos por la UCR y el MIT.
La tecnología ha sido divulgada a la Oficina de Asociaciones Tecnológicas de la UCR y se ha presentado una patente provisional.
La Universidad de California en Riverside es una universidad de investigación doctoral, un laboratorio viviente para investigaciones innovadoras sobre temas importantes para las comunidades del interior del sur de California, el estado y todo el mundo. Como reflejo de la cultura diversa de California, la matrícula de la UCR supera los 26,000 estudiantes. El campus abrió una escuela de medicina en 2013 y llega al corazón del Valle de Coachella a través del UCR Palm Desert Center. El campus tiene un impacto anual de más de $2.7 mil millones en la economía estadounidense. Para saber más, visita www.ucr.edu.