La clave para construir computadoras cuánticas fiables podría residir en un simple ajuste de receta química. Los investigadores han descubierto que una modificación leve de la proporción entre dos elementos basta para hacer que un material cambie a estados cuánticos exóticos. Este método ofrece así un enfoque nuevo para dominar estos fenómenos.
Las computadoras cuánticas prometen resolver problemas fuera del alcance de las máquinas clásicas. No obstante, su desarrollo se ve frenado por la dificultad de mantener información cuántica estable, a menudo perturbada por el ruido ambiental. Estas máquinas exigen, por consiguiente, componentes de gran precisión para funcionar con una tasa de error suficientemente baja que permita un cálculo utilizable, lo que las hace particularmente costosas.
Vista interior del refrigerador de dilución de una computadora cuántica de circuitos superconductores.
IBM Research Frente a este obstáculo, los científicos se interesan por una categoría particular de materiales: los superconductores topológicos. Estos poseen propiedades cuánticas 'protegidas', susceptibles de servir de escudo contra las perturbaciones y de preservar los datos con fiabilidad. Su realización práctica sigue siendo, sin embargo, delicada, pues requiere condiciones muy específicas.
Un equipo de la Universidad de Chicago y de la Universidad de Virginia Occidental ha desarrollado una estrategia más simple para obtener estas propiedades. Cultivando películas extremadamente delgadas de un compuesto a base de hierro, telurio y selenio, pueden modificar la proporción entre el telurio y el selenio. Esta alteración influye en la manera en que los electrones interactúan colectivamente, permitiendo un 'ajuste' del material hacia el estado deseado.
Los trabajos, publicados en
Nature Communications, indican que estas interacciones electrónicas juegan un papel determinante. Cuando son demasiado fuertes, los electrones se bloquean; demasiado débiles, las propiedades topológicas se desvanecen. Pero a un nivel óptimo, el material se convierte en un superconductor topológico.
Haoran Lin, un estudiante graduado, compara este efecto a un potenciómetro que se puede girar para alcanzar el régimen ideal.
Haoran Lin, primer autor del estudio, explica cómo ajustar una receta química permite controlar las propiedades cuánticas.
Crédito: John Zich
Este enfoque basado en películas delgadas, más fáciles de controlar e integrar en dispositivos que los cristales masivos, presenta otras ventajas. Estos materiales funcionan a temperaturas más elevadas que algunas alternativas, alrededor de 13 Kelvin, lo que simplifica su enfriamiento con helio líquido estándar. Además, su formato es ideal para la fabricación de componentes electrónicos, abriendo el camino a aplicaciones concretas.
Actualmente, varios grupos de investigación colaboran para dar forma a estas películas y fabricar componentes cuánticos. Shuolong Yang, profesor asociado, percibe en ello un instrumento eficaz para el diseño de sistemas más robustos, lo que podría acelerar el desarrollo y la difusión de computadoras cuánticas.
Fuente: Nature Communications