Un equipo científico multiinstitucional de Estados Unidos, dirigido por el físico Ping Wei de la Universidad de California en Riverside, ha desarrollado un nuevo material superconductor que puede utilizarse en la computación cuántica y es candidato a “superconductor topológico”.
La topología es la matemática que estudia la forma. Un superconductor topológico utiliza un estado deslocalizado de un electrón o agujero (el agujero se comporta como un electrón cargado positivamente) para transportar información cuántica y procesar datos de una manera poderosa.
Los investigadores informaron hoy en Progreso científico Los investigadores han determinado que el telurio trigonal es un material superconductor que se genera en la superficie de una fina capa de oro. El telurio trigonal es quiral, lo que significa que no se puede superponer a su imagen especular, como nuestras manos derecha e izquierda. El telurio trigonal tampoco es magnético. Sin embargo, los investigadores observaron estados cuánticos en la interfaz que alberga una polarización de espín bien definida. La polarización de espín permite que las excitaciones se utilicen potencialmente para crear un bit cuántico de espín, o qubit.
«Al crear una interfaz extremadamente limpia entre el material quiral y el oro, hemos desarrollado un superconductor de interfaz 2D», dijo Wei, profesor asociado de física y astronomía. «El superconductor de interfaz es único porque vive en un entorno donde se encuentra la energía de espín. mejorado seis veces más que el 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 el campo alto en comparación con el campo bajo, lo que indica una transición a un «superconductor triple», que es más estable bajo el campo magnético.
Además, a través de la colaboración con científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, los investigadores demostraron que un superconductor de este tipo que incorpora películas delgadas heterogéneas de oro y niobio suprime naturalmente las fuentes de pérdida de cohesión causadas por defectos materiales como los óxidos de niobio que plantean un desafío común para los superconductores. Hecho de niobio. Demostraron que un superconductor se puede convertir en resonadores de microondas de alta calidad y bajas pérdidas con un factor de calidad de hasta un 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 no pueden resolver con la suficiente rapidez, según la multinacional de tecnología IBM.
«Lo logramos utilizando materiales un orden de magnitud más delgados que los que se usan típicamente en la industria de la computación cuántica», dijo Wei. «Los microrresonadores de baja pérdida son componentes esenciales de la computación cuántica y pueden conducir a qubits superconductores de baja pérdida». La computación cuántica tiene como objetivo reducir la pérdida de «coherencia o pérdida de información cuántica en un sistema qubit».
La pérdida de coherencia ocurre cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno, lo que hace que la información del sistema se mezcle con el entorno. La pérdida de coherencia plantea un desafío para la realización de computadoras cuánticas.
A diferencia de los métodos anteriores que requerían materiales magnéticos, el nuevo enfoque de los investigadores utiliza materiales no magnéticos para una interfaz más limpia.
«Nuestro material podría ser un candidato prometedor para desarrollar componentes de computación cuántica más escalables y confiables», dijo Wei.
A Wei se unieron en la investigación estudiantes de posgrado de la Universidad de California, Riverside.
El título del artículo es «Firmas de interfaz de espín activo y campo Zeeman mejorado localmente en una heteroestructura de un material superconductor».
La contribución de la UCR al proyecto de investigación fue financiada por el premio NSF CAREER de Wei, una subvención conjunta UCR-MIT NSF Convergence Accelerator Track-C y el UCR-MIT Lincoln Lab Line Fund.
La tecnología ha sido revelada a la Oficina de Asociaciones Tecnológicas de UC Riverside y se ha presentado una patente provisional.
La Universidad de California en Riverside es una universidad de investigación doctoral y un laboratorio viviente para explorar cuestiones críticas en el interior del sur de California, el estado y las comunidades de todo el mundo. Como reflejo de la cultura diversa de California, UC Riverside tiene una matrícula de más de 26,000 estudiantes. El campus abrió una escuela de medicina en 2013 y llega al corazón del Valle de Coachella a través del Centro UCR Palm Desert. El campus tiene un impacto anual de más de $2.7 mil millones en la economía estadounidense. Para obtener más información, visite www.ucr.edu.