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La física cuántica adopta los fermiones de Majorana

Gracias a la aparición de nuevos modelos estadísticos no abelianos, los científicos y físicos pueden obtener un conocimiento más profundo de los fermiones de Majorana y los superconductores topológicos. Esto contribuirá a avanzar en la investigación sobre la computación cuántica.
La física cuántica adopta los fermiones de Majorana
La física cuántica ofrece muchos fenómenos fascinantes que podrían tener un efecto importante sobre la computación cuántica. Uno de ellos son los fermiones de Majorana de los sistemas de materia condensada, que se predijeron por primera vez en los años treinta. Más recientemente, los investigadores descubrieron que algunos sistemas interactuantes en física de la materia condensada pueden generar fermiones de Majorana de formas nuevas, y crear sistemas candidatos conocidos como superconductores topológicos. Este fenómeno sigue fuera del alcance de los físicos, que necesitan métodos avanzados para desentrañar sus secretos con la ayuda de estadísticas no abelianas.

Con este fin, el proyecto DMMMTS (Detection and manipulation of Majorana modes in topological superconductors) financiado por la Unión Europea, tenía como finalidad investigar los fermiones de Majorana e introducirlos en el terreno de la computación cuántica universal. En el proyecto se concibió un dispositivo, llamado qubit Majorana-Transmón, que incorpora cuasipartículas de Majorana en arquitecturas actuales de qubit y aprovecha sus propiedades para proteger la información cuántica.

A fin de lograr sus objetivos, el equipo del proyecto identificó las propiedades electromagnéticas del dispositivo propuesto, entre las que destacan dos aspectos muy importantes. El primero implica el descubrimiento de un doblete protegido que no se acopla inmediatamente al entorno electromagnético y protege el qubit frente a la descoherencia, a pesar de estar abierto a la manipulación. El segundo es la capacidad de medir la presencia de las cuasipartículas de Majorana detectando fenómenos de interferencia de paridad en el espectro de absorción de microondas.

En paralelo, el equipo pudo identificar la presencia de estados de frontera de Majorana o estados de frontera neutros analizando los efectos termoeléctricos. También se validó con éxito un nuevo método para detectar estados de frontera neutros en el régimen Hall cuántico. Además, los investigadores estudiaron los indicios del acoplamiento de fermiones de Majorana a un fermión inicial, lo cual también reveló datos sobre el comportamiento de los fermiones de Majorana en geometrías mesoscópicas.

Uno de los principales resultados del proyecto implica demostrar que las cuasipartículas de Majorana conservan sus estadísticas cuánticas exclusivas cuando se propagan por sistemas críticos, independientemente del superconductor de donde proceden. DMMMTS desarrolló un método nuevo para calcular la fase abeliana adiabática asociada con un intercambio de vórtices en superconductores de ondas p. Esto mostró información esencial sobre el comportamiento de los vórtices que transportan fermiones de Majorana en superconductores topológicos. Los avances en este campo de investigación presentan buenas perspectivas para la computación cuántica.

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Palabras clave

Física cuántica, fermiones de Majorana, superconductores topológicos, computación cuántica, DMMMTS
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