Desde que recibió una subvención de $ 25 millones en 2019 para convertirse en la primera fundición cuántica de la National Science Foundation (NSF), Los investigadores de UC Santa Barbara afiliados a la fundición han estado trabajando para desarrollar materiales que puedan habilitar tecnologías basadas en información cuántica para aplicaciones como la computación cuántica, comunicaciones, sintiendo y simulación.

Puede que lo hayan hecho.

En un nuevo periódico publicado en la revista Materiales de la naturaleza , Stephen Wilson, codirector de fundición y profesor de materiales de UCSB, y varios coautores, incluidos colaboradores clave en la Universidad de Princeton, Estudie un nuevo material desarrollado en Quantum Foundry como candidato a superconductor, un material en el que la resistencia eléctrica desaparece y los campos magnéticos son expulsados, que podría ser útil en la futura computación cuántica.

Un artículo anterior publicado por el grupo de Wilson en la revista Cartas de revisión física y aparece en Física revista describió un nuevo material, antimonuro de cesio vanadio (CsV ₃ Sb ₅ ), que exhibe una sorprendente mezcla de características que involucran un patrón autoorganizado de carga entrelazado con un estado superconductor. El descubrimiento fue realizado por el becario postdoctoral de Elings Brenden R. Ortiz. Como resulta, Wilson dijo, esas características son compartidas por una serie de materiales relacionados, incluyendo RbV ₃ Sb ₅ y KV ₃ Sb ₅ , el último (una mezcla de potasio, vanadio y antimonio) siendo el tema de este artículo más reciente, titulado "Descubrimiento del orden de carga quiral no convencional en el superconductor KV de Kagome ₃ Sb ₅ . "

Materiales de este grupo de compuestos, Wilson señaló, "se prevé que alberguen una interesante física de ondas de densidad de carga [es decir, sus electrones se autoorganizan en un patrón no uniforme a través de los sitios metálicos en el compuesto]. La naturaleza peculiar de este patrón autoorganizado de electrones es el foco del trabajo actual ".

Este estado de onda de densidad de carga predicho y otras físicas exóticas provienen de la red de iones de vanadio (V) dentro de estos materiales, que forman una red de triángulos de esquina compartida conocida como celosía de kagome. KV ₃ Sb ₅ se descubrió que era un metal raro construido a partir de planos de celosía kagome, uno que también superconduce. Algunas de las otras características del material llevaron a los investigadores a especular que las cargas en él pueden formar pequeños bucles de corriente que crean campos magnéticos locales.

Los científicos y físicos de materiales han predicho durante mucho tiempo que se podría fabricar un material que exhibiría un tipo de orden de onda de densidad de carga que rompe lo que se llama simetría de inversión del tiempo. "Eso significa que tiene un momento magnético, o un campo, asociado a ello, "Dijo Wilson." Puedes imaginar que hay ciertos patrones en la red de kagome donde la carga se mueve en un pequeño bucle. Ese bucle es como un bucle de corriente, y te dará un campo magnético. Tal estado sería un nuevo estado electrónico de la materia y tendría importantes consecuencias para la superconductividad no convencional subyacente ".

El papel del grupo de Wilson era fabricar el material y caracterizar sus propiedades a granel. Luego, el equipo de Princeton utilizó microscopía de túnel de barrido (STM) de alta resolución para identificar lo que creen que son las firmas de dicho estado, cuales, Wilson dijo, "también se supone que existen en otros superconductores anómalos, como los que se superconducen a alta temperatura, aunque no se ha demostrado definitivamente ".

STM funciona escaneando una punta de alambre de metal muy afilada sobre una superficie. Al acercar la punta extremadamente a la superficie y aplicar un voltaje eléctrico a la punta oa la muestra, la superficie se puede visualizar hasta la escala de resolución de átomos individuales y donde se agrupan los electrones. En el artículo, los investigadores describen ver y analizar un patrón de orden en la carga electrónica, que cambia a medida que se aplica un campo magnético. Este acoplamiento a un campo magnético externo sugiere un estado de onda de densidad de carga que crea su propio campo magnético.

Este es exactamente el tipo de trabajo para el que se estableció Quantum Foundry. "La contribución de la fundición es importante, ", Dijo Wilson." Ha desempeñado un papel de liderazgo en el desarrollo de estos materiales, y los investigadores de la fundición descubrieron superconductividad en ellos y luego encontraron firmas que indican que pueden poseer una onda de densidad de carga. Ahora, los materiales se están estudiando en todo el mundo, porque tienen varios aspectos que son de interés para muchas comunidades diferentes.

"Son de interés, por ejemplo, a las personas en la información cuántica como potenciales superconductores topológicos, ", continuó." Son de interés para las personas que estudian nueva física en metales topológicos, porque potencialmente albergan efectos de correlación interesantes, definido como la interacción de los electrones entre sí, y eso es potencialmente lo que proporciona la génesis de este estado de onda de densidad de carga. Y son de interés para las personas que persiguen la superconductividad de alta temperatura, porque tienen elementos que parecen vincularlos con algunas de las características que se ven en esos materiales, aunque KV ₃ Sb ₅ superconductos a una temperatura bastante baja ".

Si KV ₃ Sb ₅ resulta ser lo que se sospecha que es, podría usarse para hacer que un qubit topológico sea útil en aplicaciones de información cuántica. Por ejemplo, Wilson dijo, "Al hacer una computadora topológica, uno quiere hacer qubits cuyo rendimiento se ve reforzado por las simetrías en el material, lo que significa que no tienden a decoherencia [la decoherencia de estados cuánticos entrelazados fugaces es un obstáculo importante en la computación cuántica] y, por lo tanto, tienen una menor necesidad de corrección de errores convencional.

"Solo hay ciertos tipos de estados que puede encontrar que pueden servir como un qubit topológico, y se espera que un superconductor topológico albergue uno, ", agregó." Tales materiales son raros. Este sistema puede ser de interés para eso, pero está lejos de estar confirmado, y es difícil confirmar si lo es o no. Queda mucho por hacer para comprender esta nueva clase de superconductores ".