Traducido por Alejandro Ramos de la Peña
Físicos de la Universidad Rice han creado una pequeña «supercarretera de electrones» que algún día podría ser útil para la construcción de una computadora cuántica, un nuevo tipo de computadora que utilizará partículas cuánticas en vez de los transistores digitales que se encuentran en los microchips actuales.
En un artículo reciente publicado en la revista Physical Review Letters, los físicos de Rice Rui Rui-Du e Ivan Knez describen un nuevo método para hacer un pequeño dispositivo llamado «Aislante topológico de giro cuántico». El dispositivo, que actúa como una supercarretera de electrones, es uno de los bloques de construcción necesarios para crear las partículas cuánticas que almacenan y manipulan datos.
Las computadoras de hoy utilizan bits binarios de información que son unos o ceros. Las computadoras cuánticas usarán bits cuánticos o «qubits», que puede ser a la vez unos y ceros al mismo tiempo, gracias a la peculiaridad de la mecánica cuántica.
Esta peculiaridad da a las computadoras cuánticas una gran ventaja en la realización de determinados tipos de cálculos, dijo Du, profesor de física y astronomía en Rice. Por ejemplo, las tareas de computación intensa como la ruptura de códigos, la modelización del clima y la simulación biomédica podrían ser completadas miles de veces más rápido con las computadoras cuánticas.
«Al inicio, no necesitamos muchos qubits para crear un equipo poderoso», dijo. «En términos de densidad de información, un microprocesador de silicio con mil millones de transistores sería aproximadamente igual a un procesador cuántico con 30 qubits».
En la carrera para construir ordenadores cuánticos, los investigadores están tomando una serie de enfoques diferentes para la creación de qubits. Independientemente del abordaje, un problema común es asegurarse de que la información codificada en qubits no se pierda con el tiempo debido a las fluctuaciones cuánticas. Esto se conoce como «tolerancia a fallos.»
El enfoque que Du y Knez están siguiendo se llama «computación cuántica topológica». Se espera que los diseños topológicos sean más tolerante a fallos que otros tipos de computadoras cuánticas, ya que cada qubit en un ordenador cuántico topológico se hará a partir de un par de partículas cuánticas que tienen prácticamente una identidad inmutable. El reto de la aproximación topológica es que los físicos aún tienen que crear o ver uno de estos pares de partículas estables, que se llaman «fermiones de Majorana».
Los elusivos fermiones de Majorana fueron propuestos por primera vez en 1937, aunque la carrera para crearlos en un chip acaba de empezar. En particular, los físicos creen que las partículas se pueden hacer al unir un aislante topológico de dos dimensiones – como el creado por Du y Knez – a un superconductor.
Los aislantes topológicos son una rareza, aunque la electricidad no puede fluir a través de ellos, puede fluir alrededor de sus estrechos bordes exteriores.” Si un pequeño cuadro de un aislante topológico está conectado a un superconductor”, Knez, dijo, “se espera que los evasivos fermiones de Majorana aparezcan precisamente donde los materiales se encuentran. Si esto resulta cierto, los dispositivos podrían ser utilizados para generar qubits para computación cuántica”, afirmó.
Knez pasó más de un año refinando las técnicas para crear el aislante topológico de Rice. El dispositivo está hecho de un semiconductor de tipo comercial que se utiliza habitualmente en la fabricación de lentes de visión nocturna. Du dijo que es el primer aislante topológico 2-D hecho de un material que los físicos ya sabe cómo conectar a un superconductor.
«Estamos bien posicionados para el siguiente paso», dijo Du. «Mientras tanto, sólo los experimentos pueden indicarnos en donde encontrar los fermiones de Majorana, y si son buenos candidatos para la creación de qubits estables».
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