Los nanocables ultrafinos podrían ser una gran ayuda para la computación cuántica resistente a errores

Los investigadores han fabricado nanocables híbridos semiconductores-superconductores ultrafinos que miden menos de 20 nm de ancho. Dichos cables son más delgados que los que se cultivaron anteriormente y se prevé que alberguen fenómenos conocidos como modos cero de Majorana, el ingrediente central de los llamados bits cuánticos topológicos (qubits), que podrían formar la base de una computadora cuántica estable y resistente a errores.

Originalmente, los modos cero de Majorana (MZM) eran simplemente una construcción matemática que permitía describir teóricamente un electrón como compuesto de dos mitades. Desde la perspectiva de la computación cuántica, son atractivos porque si un electrón puede "dividirse" en dos, la información cuántica que codifica estará protegida de perturbaciones locales siempre que los "medios electrones" puedan almacenarse lejos unos de otros. Según la teoría, estas entidades deberían aparecer en un sistema que consiste en un nanocable semiconductor envuelto en una carcasa hecha de un material superconductor y colocado en un campo magnético.

En teoría, el tipo más simple de nanocable en el que deberían aparecer los MZM es un sistema de electrones unidimensional, es decir, uno en el que los electrones ocupan una única subbanda electrónica en el semiconductor. En los experimentos, sin embargo, se ocupan varias subbandas.

Diámetro de menos de 20 nm

En un nuevo estudio, investigadores dirigidos por JianhuaZhao y Dong Pan del Laboratorio Estatal Clave de Superredes y Microestructuras, Instituto de Semiconductores, Academia de Ciencias de China, cultivaron nanocables ultrafinos del semiconductor arseniuro de indio (InAs) cubiertos con una in situ Película de aluminio (Al) superconductora epitaxial mediante una técnica llamada epitaxia de haz molecular (MBE). Utilizaron un catalizador de plata (Ag) para hacer crecer los cables, una técnica empleada habitualmente en este tipo de experimento. Los nuevos nanocables tienen un diámetro de menos de 20 nm, cinco veces más pequeño que los nanocables semiconductores cultivados anteriormente con este método.

El diámetro de los cables depende del diámetro del catalizador de Ag, y Zhao explica que se pueden preparar catalizadores de Ag muy pequeños (que oscilan entre 5 y 40 nm) utilizando el sistema MBE del equipo. La calidad del cristal de los alambres también depende de su diámetro y los alambres cultivados en el nuevo estudio son de alta calidad.

Nueva vía para futuras búsquedas de MZM

"Cuando se combinan con películas superconductoras de Al, estos cables ultrafinos ofrecen una posible forma de alcanzar el régimen de menos subbandas (y, en última instancia, el régimen de subbanda única)". Hao Zhang of La Universidad de Tsinghua, quien dirigió las mediciones del transporte de electrones en el trabajo, dice Mundo de la física. "Por lo tanto, estos cables abren una nueva vía para explorar menos regímenes de subbanda para futuras búsquedas de MZM".

Gracias a las mediciones básicas de las características del transporte, los investigadores ya han descubierto dos fenómenos en su sistema: una brecha superconductora "dura" en las mediciones de espectroscopía de túneles; y un “bloqueo de Coulomb que preserva la paridad” en los llamados dispositivos híbridos de islas. Ambos fenómenos son ingredientes cruciales para futuras búsquedas de Majorana, explica Zhang.

El equipo dice que ahora está buscando pruebas más sólidas de los MZM midiendo las propiedades de transporte cuántico de sus estructuras ultrafinas de nanocables de InAs-Al.

El trabajo se detalla en Letras de física chinas.

El puesto Los nanocables ultrafinos podrían ser una gran ayuda para la computación cuántica resistente a errores apareció por primera vez en Mundo de la física.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/ultrathin-nanowires-could-be-a-boon-for-error-resistent-quantum-computing/