Uma nova descoberta focada em supercondutores que usam partículas exóticas pode ter acabado de estabelecer um caminho para uma maior estabilidade e escalonamento da computação quântica, potencialmente aumentando o cronograma para computadores quânticos acessíveis.
Pesquisadores do Centro de Materiais Quânticos da Universidade de Maryland (UMD) (QMC) têm explorado um novo material supercondutor que parece ser de natureza topológica: ditelureto de urânio (abreviado para UTe2). Isso traz enormes benefícios potenciais para os computadores quânticos, então a equipe fabricou cristais desse material e começou a estudar suas propriedades.
Supercondutores são materiais que carregam corrente sem qualquer resistência. Isso significa que os sinais não perdem sua integridade e que não há perda de energia na forma de calor. Supercondutores topológicos casam-se com os campos da física quântica e da topologia, um campo matemático que explora como o mesmo material pode ser manipulado em diferentes formas simplesmente empurrando e puxando, jogando apenas com suas características físicas inatas.
Pense em modelagem em argila. Você pode usar a mesma bola de argila para criar um prato ou um vaso simplesmente empurrando e puxando-o. Isso significa que a placa e o vaso estão agrupados topologicamente-o material é o mesmo, mas pode ser manifestado ou manipulado de forma que diferentes formas saiam dele.
Isso é importante, porque supercondutores topológicos apresentam aos cientistas dois comportamentos diferentes, mas complementares. Primeiro, os elétrons em supercondutores topológicos dançam em torno uns dos outros, em vez de simplesmente fluírem independentemente um do outro-é uma espécie de conexão que ocorre naturalmente entre eles. Quando isso acontece, eles criam uma espécie de vórtice no centro de sua dança, o que torna separá-los extremamente mais difícil do que se estivessem flutuando livremente sem essa sincronização de dança. Em segundo lugar, os cientistas identificaram uma partícula exótica que parece surgir na superfície desses supercondutores topológicos, os modos Majorana, que se comportam como se fossem apenas metade de um elétron. Demonstrou-se que esses modos de Majorana se depositam como uma camada no topo do supercondutor topológico, mas não são os próprios condutores.
Em vez disso, o fino filme do modo Majorana parece agir como uma espécie de campo de força, para trazer algum jargão de ficção científica para a equação. Eles são resistentes a perturbações de forças externas, aparecem independentemente das irregularidades do supercondutor e isolam o supercondutor, que geralmente transmite suas propriedades supercondutoras para tudo o que está em contato. Steven Anlage, professor de física da UMD e membro do QMC, descreve este comportamento como resultando em”este estado de superfície topologicamente protegido que é como uma espécie de envoltório ao redor do supercondutor do qual você não pode se livrar.”
Uma fotografia dos cristais de ditelureto de urânio que mostram sinais promissores de ser um supercondutor topológico (Crédito da imagem: Sheng Ran/NIST)
Isso significa que o ditelureto de urânio e suas propriedades físicas emergentes parecem ser facilitadores para conexões quânticas mais fortes e estáveis, uma vez que a codificação de informações em suas partículas emergentes é naturalmente mais resistente do que as abordagens atuais. E se há algo que sabemos sobre estados quânticos, é que eles não gostam de qualquer perturbação.
Ambos os fenômenos são essenciais, pensam os cientistas, para alcançar processadores quânticos mais estáveis e facilmente escaláveis. agora falhou em encontrar qualquer outro outra explicação além da descoberta de um supercondutor topológico que poderia explicar esses comportamentos, e a próxima etapa no processo é tentar criar depósitos finos de ditelureto de urânio que são mais fáceis e confiáveis de analisar do que os cristais com os quais eles têm trabalhado.
Caso tenham sucesso neste ramo de pesquisa em particular, eles terão que criar novos equipamentos que possam lidar com a radioatividade natural do material (afinal, é urânio). Em seguida, eles precisam projetar e fabricar dispositivos reais que ponham esses princípios em prática. Levará vários anos, mas o interesse da comunidade de pesquisa quântica e a resposta a essas descobertas apontam que elas são fundamentalmente importantes para o futuro da computação quântica.
