El desarrollo de un ordenador cuántico que pueda resolver problemas que los ordenadores clásicos sólo pueden resolver con mucho esfuerzo o no pueden resolver en absoluto: este es el objetivo que persiguen actualmente un número cada vez mayor de equipos de investigación en todo el mundo. La razón: los efectos cuánticos, que se originan en el mundo de las partículas y estructuras más pequeñas, permiten muchas aplicaciones tecnológicas nuevas. Los llamados superconductores, que permiten procesar información y señales según las leyes de la mecánica cuántica, se consideran componentes prometedores para la realización de ordenadores cuánticos. Sin embargo, un punto conflictivo de las nanoestructuras superconductoras es que sólo funcionan a temperaturas muy bajas y, por lo tanto, son difíciles de llevar a aplicaciones prácticas. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Investigadores de la Universidad de Münster y del Forschungszentrum Jülich han demostrado por primera vez lo que se conoce como cuantificación de energía en nanocables fabricados con superconductores de alta temperatura, es decir, superconductores en los que la temperatura es elevada, por debajo de la cual predominan los efectos de la mecánica cuántica. El nanocable superconductor asume entonces sólo estados de energía seleccionados que podrían usarse para codificar información. En los superconductores de alta temperatura, los investigadores también pudieron observar por primera vez la absorción de un solo fotón, una partícula de luz que sirve para transmitir información.
“Por un lado, nuestros resultados pueden contribuir al uso en el futuro de una tecnología de refrigeración considerablemente simplificada en tecnologías cuánticas y, por otro lado, nos ofrecen conocimientos completamente nuevos sobre los procesos que gobiernan los estados superconductores y su dinámica, que aún son desconocidos. No se entiende”, subraya el líder del estudio, el profesor Jun. Carsten Schuck, del Instituto de Física de la Universidad de Münster. Por tanto, los resultados pueden ser relevantes para el desarrollo de nuevos tipos de tecnología informática. El estudio ha sido publicado en la revista Nature Communications.
Los científicos utilizaron superconductores de los elementos itrio, bario, óxido de cobre y oxígeno, abreviado YBCO, con los que fabricaron alambres de unos pocos nanómetros de espesor. Cuando estas estructuras conducen corriente eléctrica, se produce una dinámica física llamada "deslizamientos de fase". En el caso de los nanocables YBCO, las fluctuaciones de la densidad del portador 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 varios cientos de veces mayor que la temperatura requerida para los materiales utilizados normalmente. Esto permitió a los científicos producir resonadores, es decir, sistemas oscilantes sintonizados a frecuencias específicas, con una vida útil mucho más larga y mantener los estados de la mecánica cuántica durante más tiempo. Este es un requisito previo para el desarrollo a largo plazo de ordenadores cuánticos 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 trabaja desde hace varios años en el desarrollo de detectores de fotón único basados en superconductores. Lo que ya funciona bien a bajas temperaturas, los científicos de todo el mundo intentan lograrlo con superconductores de alta temperatura desde hace más de una década. En los nanocables YBCO utilizados para el estudio, este intento ha tenido éxito por primera vez. "Nuestros nuevos hallazgos allanan el camino para nuevas descripciones teóricas y desarrollos tecnológicos verificables experimentalmente", dice el coautor Martin Wolff del grupo de investigación Schuck.
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Hora de publicación: 07-abr-2020