Diseñan un chip cuántico para probar la existencia de las misteriosas partículas de Majorana

Un equipo internacional de investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven, de la Universidad Tecnológica de Delft, ambas en Países Bajos, y la Universidad de California-Santa Bárbara, en Estados Unidos, presenta en un artículo publicado este miércoles en ‘Nature’ un chip cuántico avanzado que será capaz de proporcionar una prueba definitiva de las misteriosas partículas de Majorana.

Estas partículas, demostradas por primera vez en 2012, son su propia antipartícula a la vez. El chip, que comprende redes ultrafinas de nanocables en forma de almohadillas, tiene todas las cualidades para permitir que las partículas de Majorana cambien de lugar. Esta característica se considera como evidencia para probar su existencia y es un paso crucial hacia su uso como un bloque de construcción para futuras computadoras cuánticas.

En 2012, investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft y la Universidad de Tecnología de Eindhoven presentaron las primeras señales experimentales de la existencia del fermión de Majorana. En 1937, el físico italiano Ettore Majorana había predicho la existencia de esta partícula, que tiene la característica distintiva de ser también su propia antipartícula. Las partículas de Majorana emergen en los extremos de un alambre semiconductor, cuando están en contacto con un material superconductor.

Mientras que las partículas descubiertas pueden tener propiedades típicas de Majoranas, la prueba más excitante podría obtenerse permitiendo que dos partículas de Majorana intercambien lugares, o “trenzas”, como es científicamente conocido. “Ese es el arma humeante –sugiere Erik Bakkers, uno de los investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven–. El comportamiento que vemos entonces podría ser la evidencia más concluyente aún de Majoranas”.

En el artículo de ‘Nature’, Bakkers y sus colegas presentan un nuevo dispositivo que debería ser capaz de mostrar este intercambio de Majoranas. En el experimento original de 2012, se hallaron dos partículas de Majorana en un sólo cable, pero no fueron capaces de pasar de la una a la otra sin destruir inmediatamente la otra. Así, los investigadores tuvieron que crear literalmente espacio. En el experimento presentado formaron intersecciones utilizando los mismos tipos de nanocables, de modo que cuatro de estas intersecciones forman una almohadilla y crean un circuito cerrado a lo largo del cual las Majoranas son capaces de moverse.

UN PROCESO DE CONSTRUCCIÓN EN VACÍO Y A TEMPERATURAS ULTRA-FRÍAS

Los investigadores construyeron su dispositivo de almohadilla empezando desde cero. Los nanocables se desarrollan a partir de un sustrato especialmente grabado de forma que crean exactamente la red deseada que luego exponen a una corriente de partículas de aluminio, creando capas de aluminio, un superconductor, en puntos específicos en los cables, que son los contactos donde emergen las partículas de Majorana. Los lugares que se encuentran “a la sombra” de otros cables permanecen al descubierto.

El proceso entero ocurre en un vacío y a temperatura ultra-fría (alrededor de -273 grados centígrados). “Esto asegura contactos muy limpios y puros –subraya Bakkers– y nos permite dar un salto considerable en la calidad de este tipo de dispositivo cuántico”. Las mediciones demuestran una serie de propiedades electrónicas y magnéticas. Si los investigadores consiguen que las partículas de Majorana se trencen, matarán dos pájaros de un tiro.

Dada su robustez, Majoranas son considerados como el bloque de construcción ideal para futuros ordenadores cuánticos, que serán capaces de realizar muchos cálculos simultáneamente y, por lo tanto, muchas veces más rápido que los ordenadores actuales. El trenzado de dos partículas de Majorana podría formar la base para un qubit, la unidad de cálculo de estas computadoras.

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