Un equipo de investigación danés-estadounidense ha demostrado que es posible producir partículas de Majorana en un nuevo material de construcción. La investigación, dirigido por científicos del instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, allana el camino para nuevos tipos de experimentos y, al mismo tiempo, representa una importante contribución a la construcción de los circuitos de información del mañana.

Desde que Ettore Majorana, legendario y mítico físico italiano, en 1937 sugirió la existencia de una partícula que también es su propia antipartícula, los científicos han estado buscando la "partícula de Majorana, "como ha llegado a ser conocido.

Hasta aquí la búsqueda ha sido en vano

Un equipo de científicos del Centro de Dispositivos Cuánticos del Instituto Niels Bohr (NBI) y de la Universidad de Purdue, ESTADOS UNIDOS, sin embargo, han contribuido recientemente al avance de la investigación de Majorana.

No encontrando la partícula esquiva en sí, pero descubriendo cómo producir un material en el que los electrones se comporten de acuerdo con las predicciones teóricas de las partículas de Majorana.

Los resultados del proyecto de investigación se publican en el número de esta semana de la revista científica Cartas de revisión física .

Sin cargo

Una antipartícula es una partícula elemental, idéntica a su contraparte, "pero con carga eléctrica opuesta. Como se ve en la relación entre electrones cargados negativamente y positrones cargados positivamente.

Si una partícula es también su propia antipartícula, que, dado que de hecho existe, Será el caso de una partícula de Majorana; por lo tanto, no tendrá carga alguna.

Las propiedades que, según los cálculos de Ettore Majorana, caracterizará una partícula de Majorana por una serie de razones que fascinan a los científicos. Obviamente, porque tales propiedades 'empaquetadas' en una partícula representarán nuevas posibilidades experimentales. Pero también porque se cree que las propiedades de Majorana son útiles cuando los científicos están, por ejemplo, intentar construir computadoras cuánticas, es decir. los circuitos de información del mañana que tendrán la capacidad de procesar cargas de datos lejos, mucho más pesados ​​que los que manejan nuestras supercomputadoras actuales.

En todo el mundo, los científicos están tratando de diseñar computadoras cuánticas.

Es una carrera, el Center for Quantum Devices en NBI es uno de los concursantes, y el profesor asistente Fabrizio Nichele y el profesor Charles Marcus, ambos en representación del centro NBI, han estado a cargo del proyecto de investigación danés-estadounidense.

"La versión condensada es que es posible producir un material en el que los electrones se comporten como partículas de Majorana, como sugieren nuestros experimentos, y que es posible producir este material mediante técnicas bastante similares a las que se utilizan hoy en día para fabricar circuitos informáticos. Además de eso, hemos demostrado cómo este material nos permite medir propiedades de partículas de Majorana nunca antes medidas y realizar estas mediciones con gran precisión. "explica Fabrizio Nichele.

Diseño de laptop

Dos láminas ultrafinas, combinadas en un sándwich, están en el centro del descubrimiento danés-estadounidense, y todo tiene que ver con producir un material a partir de este sándwich ".

La capa inferior del 'sándwich' está hecha de arseniuro de indio, un semiconductor, y la capa superior está hecha de aluminio, un superconductor. Y el 'sándwich' se encuentra encima de una supuesta oblea, uno de los componentes básicos utilizados en la tecnología informática moderna.

Si extrae un nanoalambre de esta capa 'sándwich', es posible crear un estado en el que los electrones dentro del cable muestren propiedades de Majorana, y la teoría detrás de este enfoque se conoce en parte desde 2010, dice Fabrizio Nichele:

"Sin embargo, hasta ahora ha habido un problema importante porque era necesario "hacer crecer" el nanoalambre en máquinas especiales en un laboratorio, y el cable era, literalmente, sólo disponible en forma de diminutas pajitas "parecidas a un cabello". Para construir, p. Ej. un chip basado en este material, por lo tanto, tuvo que ensamblar una cantidad casi insondable de pajitas individuales, lo que hizo realmente difícil y muy desafiante construir circuitos de esta manera ".

Y aquí es exactamente donde entra muy bien el descubrimiento danés-estadounidense, explica Fabrizio Nichele:"Ahora podemos diseñar el nano cable en una computadora portátil, e incluir los detalles que buscamos. Más adelante, sin duda, la capacidad de producción aumentará, lo que nos permitirá usar esta técnica para construir computadoras de tamaño significativo ".

Camino más rápido a Majorana

En el Centro de Dispositivos Cuánticos de NBI, la atención se centra en gran medida en la construcción de una computadora cuántica. Aún así, es un largo camino:la computadora cuántica de ninguna manera está a la vuelta de la esquina, dice Fabrizio

Nichele:"Los materiales con propiedades de Majorana obviamente tienen una serie de cualidades relevantes en este contexto, por lo que tratamos de investigar este campo a través de varios experimentos".

Algunos de estos experimentos se llevan a cabo a temperaturas justo por encima del cero absoluto (-273, 15 C), explica Fabrizio Nichele:"Cuando haces eso, lo que naturalmente requiere un equipo diseñado para experimentos de este tipo, puedes estudiar detalles relacionados con las propiedades cuánticas en varios materiales. Cuando se trata de construir una computadora cuántica, Las partículas de Majorana lo hacen, sin embargo, representan solo una de varias opciones posibles y prometedoras. Este campo es muy complejo, y cuando, algún día, de hecho, se ha construido una computadora cuántica y está en funcionamiento, Es muy posible que se base en alguna forma de integración de varias técnicas y materiales diferentes, algunos de los cuales pueden basarse en nuestra investigación, "dice Fabrizio Nichele.

Los científicos que trabajan con las ecuaciones de Ettore Majoranas por razones completamente distintas al deseo de construir una computadora cuántica, también puede beneficiarse de la investigación danés-estadounidense, explica Fabrizio Nichele:

"Nuestra técnica permite realizar experimentos que hasta ahora no han sido factibles, lo que también facilitará la comprensión de la propia partícula de Majorana".

El proyecto de investigación ha sido financiado por la Danish National Research Foundation, la Fundación Villum, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) y, en representación de los donantes comerciales, Microsoft; este último se unió al proyecto como parte de una cooperación bien establecida con NBI.

Además de cooperar con colegas de Purdue Univcersity, Los investigadores del NBI también han estudiado recientemente las propiedades de Majorana trabajando junto con científicos de la Universidad de California, Santa Bárbara, ESTADOS UNIDOS. Los resultados de este proyecto se publican en un artículo separado en Cartas de revisión física .