El desarrollo de una computadora cuántica capaz de resolver problemas que las computadoras clásicas solo pueden resolver con gran esfuerzo o incluso sin éxito, es el objetivo que cada vez más equipos de investigación de todo el mundo persiguen. La razón: los efectos cuánticos, que se originan en el mundo de las partículas y estructuras más pequeñas, posibilitan numerosas aplicaciones tecnológicas nuevas. Los superconductores, que permiten procesar información y señales según las leyes de la mecánica cuántica, se consideran componentes prometedores para la creación de computadoras cuánticas. Sin embargo, un inconveniente de las nanoestructuras superconductoras es que solo funcionan a temperaturas muy bajas y, por lo tanto, son difíciles de aplicar en la práctica. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Investigadores de la Universidad de Münster y del Forschungszentrum Jülich demostraron por primera vez la cuantificación de energía en nanocables de superconductores de alta temperatura, es decir, superconductores cuya temperatura se eleva por debajo de la cual predominan los efectos de la mecánica cuántica. El nanocable superconductor adopta entonces únicamente estados de energía específicos que podrían utilizarse para codificar información. En los superconductores de alta temperatura, los investigadores también pudieron observar por primera vez la absorción de un único fotón, una partícula de luz que sirve para transmitir información.
«Por un lado, nuestros resultados pueden contribuir al uso de una tecnología de refrigeración considerablemente simplificada en las tecnologías cuánticas en el futuro, y por otro, nos ofrecen perspectivas completamente nuevas sobre los procesos que rigen los estados superconductores y su dinámica, que aún no se comprenden», subraya el profesor Jun. Carsten Schuck, del Instituto de Física de la Universidad de Münster y líder del estudio. Por lo tanto, los resultados podrían ser relevantes para el desarrollo de nuevos tipos de tecnología informática. El estudio se ha publicado en la revista Nature Communications.
Los científicos utilizaron superconductores compuestos por los elementos itrio, bario, óxido de cobre y oxígeno (YBCO), a partir de los cuales fabricaron cables de unos pocos nanómetros de grosor. Cuando estas estructuras conducen corriente eléctrica, se produce una dinámica física denominada "deslizamientos de fase". En el caso de los nanocables de YBCO, las fluctuaciones en la densidad de portadores de carga provocan variaciones en la supercorriente. Los investigadores estudiaron los procesos en los nanocables a temperaturas inferiores a 20 Kelvin, lo que corresponde a -253 grados Celsius. En combinación con cálculos de modelos, demostraron una cuantificación de los estados de energía en los nanocables. La temperatura a la que los cables entraron en el estado cuántico se encontró entre 12 y 13 Kelvin, una temperatura cientos de veces superior a la requerida para los materiales utilizados habitualmente. Esto permitió a los científicos producir resonadores, es decir, sistemas oscilantes sintonizados a frecuencias específicas, con vidas útiles mucho más largas y que mantienen los estados mecánicos cuánticos durante más tiempo. Este es un prerrequisito para el desarrollo a largo plazo de computadoras cuánticas cada vez más grandes.
Otros componentes importantes para el desarrollo de las tecnologías cuánticas, pero potencialmente también para el diagnóstico médico, son los detectores que pueden registrar incluso fotones individuales. El grupo de investigación de Carsten Schuck en la Universidad de Münster lleva varios años trabajando en el desarrollo de estos detectores de fotones individuales basados en superconductores. Lo que ya funciona bien a bajas temperaturas, científicos de todo el mundo llevan más de una década intentando conseguirlo con superconductores de alta temperatura. Con los nanocables de YBCO utilizados en el estudio, este intento ha tenido éxito por primera vez. «Nuestros nuevos hallazgos abren el camino a nuevas descripciones teóricas y desarrollos tecnológicos verificables experimentalmente», afirma el coautor Martin Wolff, del grupo de investigación de Schuck.
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Hora de publicación: 07-abr-2020