Investigadores del Departamento de Física y del Clúster de Excelencia "CUI:Imagen Avanzada de la Materia" de la Universität Hamburg y la Universidad de California en Irvine han propuesto recientemente una nueva forma de caracterizar los superconductores topológicos mediante experimentos de pulsos multi-THz.

Esto abre un camino para identificar sin ambigüedades los estados exóticos de la materia predichos y puede ayudar en el diseño de nuevos materiales para futuros dispositivos que transporten y procesen información cuántica.

Científicos de todo el mundo están trabajando para construir computadoras cuánticas escalables basadas en materia de estado sólido. Una de esas clases de materiales son los superconductores topológicos. Se supone que albergan un tipo particular de estado cuántico colectivo, los anyones no abelianos en forma de fermiones de Majorana en sus límites. Al mezclar estas cuasipartículas en redes de cables cuánticos, los investigadores pueden construir puertas cuánticas lógicas, los componentes básicos de las computadoras cuánticas.

Granel en lugar de propiedades de contorno

Las primeras firmas de la existencia de Majoranas se informaron sobre la base de mediciones de transporte cuántico, pero más tarde estos estudios resultaron no ser confiables porque Majoranas puede confundirse fácilmente con excitaciones de límite triviales. La nueva teoría adopta un enfoque diferente. En lugar de investigar las Majoranas en los límites del dispositivo, se aborda el material a granel. Debido a la llamada "correspondencia de límite de volumen", las majoranas están íntimamente conectadas con la topología de la estructura de banda de volumen del superconductor. En cierto sentido, las excitaciones de partículas en el material a granel experimentan un "giro" con las Majoranas en los límites. Esta fuerte interconexión se puede estudiar mediante espectroscopia THz bidimensional, una técnica ampliamente utilizada en moléculas y materia a granel.

"A diferencia de la espectroscopia de absorción 'lineal', los experimentos de pulsos múltiples no lineales nos permiten estudiar la respuesta óptica de las partículas excitadas y, por lo tanto, ayudan a revelar claramente esta 'torsión', con firmas únicas del estado topológico exótico en los espectros 2D", dice el profesor Dr. Michael Thorwart de la Universität Hamburg y científico del Cluster of Excellence.

Apareciendo en Cartas de revisión física , la propuesta de teoría formula un paso importante entre la detección de las propiedades más básicas pero no totalmente caracterizantes de Majoranas y la demostración demasiado ambiciosa de las operaciones de puertas lógicas con anyones no abelianos en forma de trenzado de estados de Majorana.

"Tales técnicas ópticas producen información espectroscópica más allá de la imagen y permiten una caracterización indudable de materiales topológicos. Como tal, podrían construir un puente hacia sus aplicaciones lejanas en tecnologías cuánticas", agrega Felix Gerken, autor principal y Ph.D. estudiante del CUI-Escuela de Postgrado del Clúster de Excelencia. + Explora más

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