Los investigadores investigan las complejidades de los superconductores con la esperanza de apoyar el desarrollo de computadoras cuánticas

Ryan Day estudia los superconductores. Materiales que conducen perfectamente la electricidad, sin perder energía por el calor y la resistencia. Específicamente, el científico de la Universidad de California, Berkeley, estudia cómo los superconductores pueden coexistir con sus opuestos; materiales aislantes que detienen el flujo de electrones.

Los materiales que combinan estos dos estados opuestos, llamados superconductores topológicos, son comprensiblemente extraños, difíciles de caracterizar y diseñar, pero si se pudieran diseñar correctamente, podrían desempeñar un papel importante en la computación cuántica.

«Todas las computadoras son propensas a cometer errores, y eso no es diferente cuando cambias a la computación cuántica; simplemente se vuelve mucho más difícil de administrar. La computación cuántica topológica es una de las plataformas que se cree que puede eludir muchas de las fuentes más comunes de error», dice Day, «pero la computación cuántica topológica requiere que fabriquemos una partícula que nunca antes se había visto en la naturaleza».

Day llegó a Canadian Light Source en la Universidad de Saskatchewan para usar la línea de luz QMSC, una instalación construida para explorar exactamente este tipo de preguntas en materiales cuánticos. Las capacidades se desarrollaron bajo el liderazgo de Andrea Damascelli, directora científica del Instituto de Materia Cuántica Stewart Blusson de la UBC, con quien Day era estudiante de doctorado en el momento de esta investigación.

«QMSC fue desarrollado para tener un control muy fino sobre una gama muy amplia de energías, por lo que realmente puede obtener información excepcionalmente precisa sobre los electrones a medida que se mueven en todas las direcciones posibles», dijo Day.

Su experimento, realizado a temperaturas de alrededor de 20 grados por encima del cero absoluto, tenía como objetivo resolver resultados contradictorios en la investigación existente sobre superconductores con estados topológicos.

«Los experimentos que se habían hecho antes del nuestro eran realmente buenos, pero había algunas contradicciones en la literatura que necesitaban entenderse mejor», explicó. La relativa novedad del campo, combinada con las propiedades inusuales que muestran los materiales en los rangos de energía utilizados para esta investigación, significaba que era difícil desentrañar lo que estaba pasando con los estados topológicos.

En sus experimentos, Day observó que los estados topológicos estaban incrustados en una gran cantidad de otros estados electrónicos que inhiben el arseniuro de hierro y litio, el material superconductor que está estudiando, para que no muestre superconductividad topológica. Basándose en sus medidas en el CLS, ha propuesto que este problema puede evitarse simplemente estirando el material.

Los resultados de este trabajo, publicado en Revisión física B, proporciona más evidencia de que el arseniuro de hierro y litio admite estados topológicos en su superficie, clave para el uso potencial del material en la computación cuántica. También revela desafíos potenciales para la ingeniería de materiales para estas aplicaciones, un área para futuras investigaciones.

«Al hacer estos experimentos, podemos comprender este material de una manera mucho mejor y comenzar a pensar en cómo podemos usarlo, y luego, con suerte, alguien construye una computadora cuántica con él y todos ganan».