Fermiones de Majorana, la clave para los infalibles ordenadores cuánticos topológicos

Representación de cúbit. /Flickr

Por si la física de partículas no tuviera ya suficientes complicaciones, existe algo llamado cuasipartícula, que tiene propiedades parecidas a estas y surgen de sus interacciones dentro de un sistema complejo. Aunque no pertenecen a la gran variedad de partículas reales, sus propiedades afectan a la materia lo suficiente como para ser consideradas útiles.

Por otro lado, hace 80 años, el físico Ettore Majorana predijo que en las partículas conocidas como fermiones, que incluyen el protón, el neutrón, el electrón, el neutrino y el quark, debería haber otras que fueran sus propias antipartículas. Y en julio de este año, científicos de la Universidad de California (UCLA, EE.UU.), dieron la razón a este científico y encontraron evidencia de lo que se conoce como el fermión de Majorana.

Ya en 2012, científicos habían observado cuasiparticulas que resultaban de los movimientos de electrones. Estas tenían un rasgo bastante inusual: a pesar de estar compuestas de electrones cargados negativamente, se comportaban igual que las partículas neutras que también eran antipartículas. Ahora, investigadores de la Universidad de Sídney (Australia) y la empresa Microsoft, en una ivestigación publicada en Nature Communications, han observado electrones que forman una cuasipartícula bajo condiciones en las que los vieron comportarse como los fermiones de Majorana. ¿Y cuál es la aplicación de este descubrimiento? Pues estas cuasipartículas similares a las de Majorana son perfectas para desempeñar un papel protagonista en un dispositivo llamado ordenador cuántico topológico.

Ordenadores con menos errores, pero de ciencia ficción

Con un ordenador convencional, el tiempo necesario para encontrar una clave de cifrado aumenta exponencialmente con su tamaño, es decir el la cantidad de cifras que forman la clave. Con un ordenador cuántico, el descifrado es más rápido, pero estas máquinas con potencia suficiente para ser superiores a los clásicos deben evitar el problema de la decoherencia, que explica cómo un estado cuántico entrelazado puede dar lugar a un estado físico clásico. Es decir, la razón por la que no vemos superposiciones cuánticas a nuestro alrededor. 

Los ordenadores cuánticos topológicos tendrían una ventaja distinta a la de los ordenadores cuánticos que dependen de átomos retenidos en trampas de iones o electrones en superconductores: los estados representados en las trenzas de la partícula son mucho más robustos que otras propiedades cuánticas tales como el espín de un electrón, dicen los autores del estudio. Los fermiones de Majorana en el interior de estructuras en 2D se comportan como aniones sólidos, no son verdaderamente fermiones, ni verdaderamente bosones. Las leyes topológicas harían que los cúbits formados por esos aniones fueran mucho más resistentes a la decoherencia.

En otras palabras, estas máquinas harían calculadoras mucho más sólidas, produciendo menos errores. El inconveniente es que este tipo de máquinas requerirían ambientes electromagnéticos bien controlados. Eso y que si bien es intrincada la física detrás de la computación cuántica basada en otras propiedades, en este caso es aún más misteriosa. Los autores afirman que no veremos en funcionamiento un ordenador cuántico topológico en un futuro cercano, pero aseguran que este descubrimiento es un paso en la dirección correcta para conseguir una nueva clase de tecnología de computación increíblemente rápida.

A principios de agosto, el Laboratorio Nacional de Los Álamos (EE.UU.) produjo el primer material conocido capaz de realizar una emisión monofotónica (de un único fotón) a temperatura ambiente y a longitudes de onda de telecomunicaciones. Aunque este hallazgo puede parecer algo abstracto para los ojos inexpertos, estos emisores de luz cuántica de nanotubos de carbono prometen importantes mejoras en el procesamiento y seguridad de la información cuántica basada en óptica, y también resulta especialmente interesante para las herramientas de detección ultrasensiva, metrología e imágenes y como fuentes de fotones para avances fundamentales en los estudios de óptica cuántica.

Beatriz de Vera
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