FUTURO

Un minuto eterno: pares de Majorana y computación cuántica

Investigadores consiguen la lectura y manipulación de los estados cuánticos codificados en posibles qubits de Majorana, lo que podría abrir un mundo de posibilidades en la nueva computación.  

El sistema rompe el monopolio del aluminio.
El sistema rompe el monopolio del aluminio. Universidad de Delft.

Sin duda has oído hablar de los electrones y es posible que incluso de los positrones, su antipartícula. Los positrones son en todo idénticos a los electrones pero su carga es positiva. Si los electrones son materia, los positrones son antimateria. Cuando alguien se somete a una prueba PET en un hospital, tomografía por emisión de positrones que es lo que significa PET por sus siglas en ingles, está rodeado de antimateria.

Los electrones y los positrones pertenecen a una categoría de partículas llamadas fermiones, que se caracterizan porque cumplen con el principio de exclusión de Pauli. El nombre fermión lo creó P.A.M. Dirac como homenaje a Enrico Fermi, y fue el propio Dirac quien predijo la existencia del positrón en 1928.

Un par de fermiones es prácticamente insensible a las perturbaciones locales.

En 1937 un físico italiano, Ettore Majorana, predijo la existencia de otro tipo de fermiones: aquellos en los que una partícula era su propia antipartícula. Así a los fermiones como el electrón y el positrón se les llama fermiones de Dirac y a éstos, fermiones de Majorana. Su existencia pudo demostrarse solo en 2012 como cuasipartículas en superconductores.

Un par de fermiones de Majorana tiene la característica de que es prácticamente insensible a las perturbaciones locales, lo que lo hace un candidato muy interesante para su uso en computación cuántica, como portadores de información en forma de qubits.

Un paso muy importante en esta dirección lo ha dado un equipo de investigadores de la Universidad de Delft que acaba de publicar en Nature Physics un resultado que permite la lectura y la manipulación de los estados cuánticos codificados en posibles qubits de Majorana.

El resultado no es otro que la determinación de la paridad (si la ocupación de un semiconductor es par o impar) en presencia de campos magnéticos elevados en un material distinto al aluminio. Hasta ahora esto solo era posible en el aluminio, que es incompatible con los pares de Majorana, ya que para que estos existan se requiere superconductividad, y en el aluminio desaparece en presencia de campos magnéticos fuertes.

El material en el que se ha podido determinar la paridad es el nitruro de titanio y niobio (NbTiN) que sigue siendo superconductor en presencia de campos magnéticos intensos. No solo eso sino que los estados medidos se mantienen más de un minuto, lo que en términos cuánticos es prácticamente la eternidad.

Referencia: David J. van Woerkom, Attila Geresdi & Leo P. Kouwenhoven (2015) One minute parity lifetime of a NbTiN Cooper-pair transistor Nature Physics DOI: 10.1038/nphys3342 

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de laCátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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