Científicos de la Universidad y el Instituto de Física de Tsinghua, Academia de Ciencias de China en Beijing, han demostrado la capacidad de controlar los estados de la materia, controlando así la resistencia interna, dentro de varias capas, semiconductores dopados magnéticamente que utilizan el efecto Hall anómalo cuántico.

El efecto Hall anómalo cuántico (QAH) se produce en algunos materiales especialmente diseñados en los que los electrones pueden moverse una distancia de escala milimétrica sin perder su energía. La capacidad de aplicar este efecto a los dispositivos permitiría una nueva revolución en la eficiencia energética y la velocidad de cálculo.

En un estudio publicado en la revista Letras de física chinas , Los investigadores dicen que han fabricado un material artificial que podría usarse para desarrollar una computadora cuántica topológica usando epitaxia de haz molecular. una nueva técnica que permite apilar capas de cristal de una sola molécula de espesor, y aprovechando el efecto QAH.

Una computadora cuántica aprovecha la capacidad de las partículas subatómicas de estar en múltiples estados a la vez, en lugar del uno o cero binario que se ve en las computadoras convencionales, permitiéndoles resolver ciertos tipos de problemas de manera mucho más eficiente. La computadora cuántica topológica sería un paso más allá de esto. En lugar de partículas físicas, utilizan un tipo específico de cuasipartícula llamado anyon para codificar la información. Se ha descubierto que los Anyon son muy resistentes a los errores tanto en el almacenamiento como en el procesamiento de la información.

"Podemos realizar multicapas QAH, o una pila de múltiples capas de celosías de cristal que están experimentando el efecto QAH, con varias películas dopadas magnéticamente separadas por capas aislantes de seleniuro de cadmio. Como lo hacemos por epitaxia de haz molecular, es fácil controlar las propiedades de cada capa para llevar la muestra a diferentes estados, "dice Ke He, profesor de la Universidad de Tsinghua. El seleniuro de cadmio es una molécula que consta de un átomo de cadmio y un átomo de selenio que se utiliza como semiconductor; un material cuyas propiedades conductoras los investigadores pueden modificar añadiendo impurezas.

La capacidad de producir multicapas de cristales delgados permite intercalar una película aislante entre las capas que conducen la electricidad. evitando la interacción no deseada de los electrones entre las hojas, de forma similar a como tratamos de evitar que los cables se crucen en la electrónica. Estos tipos de estructuras son muy interesantes de estudiar porque fuerzan a algunos de los electrones a entrar en lo que se llama un "estado de borde" que, hasta ahora, fueron bastante difíciles de fabricar. Este "estado de borde" sirve como un camino para que una fracción de los electrones fluya sin ninguna resistencia. Al tener muchas capas apiladas una encima de la otra, el efecto se amplifica al empujar una fracción mayor de electrones a este estado.

"Al ajustar los espesores de las capas QAH y las capas aislantes de seleniuro de cadmio, podemos convertir el sistema en un semimetal magnético Weyl, un estado de la materia que hasta ahora nunca se ha demostrado de manera convincente en materiales naturales ".

Un semimetal de Weyl es un estado exótico de la materia clasificado como un cristal de estado sólido que, observado por primera vez en julio de 2015. Conduce electricidad utilizando los fermiones Weyl sin masa en lugar de electrones. Esta diferencia de masa significativa entre los fermiones de Weyl y los electrones permite que la electricidad fluya a través de los circuitos de manera más efectiva. permitiendo dispositivos más rápidos.

"Ahora, lo que más me interesa es construir bicapas QAH controlables de forma independiente. Si pudiéramos obtener un par de estados de borde contrapropagados, mientras se pone un contacto superconductor en el borde de la muestra, los dos estados de borde pueden unirse debido al contacto superconductor, conduciendo a los modos Majorana que se pueden utilizar para construir una computadora cuántica topológica ".

Se cree que los modos Majorana se pueden utilizar en el código de corrección de errores cuánticos, una propiedad exclusiva de las computadoras cuánticas topológicas, y una parte esencial de la teoría de la información utilizada para reducir los errores que ocurren naturalmente en la transmisión de datos y contrarrestar los efectos de la interferencia. Este proceso también podría ofrecer la capacidad de procesar información cuántica y almacenarla de manera más eficaz en el futuro.