Un simple ajuste químico podría potenciar los ordenadores cuánticos

Los ordenadores cuánticos requieren materiales especiales llamados superconductores topológicos, que han sido notoriamente difíciles de crear. Sin embargo, un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago y la Universidad de Virginia Occidental mostró una forma práctica de lograrlo. Al ajustar sutilmente la mezcla de telurio y selenio en películas ultradelgadas, lograron activar este estado exótico.

La investigación se centró en películas ultradelgadas compuestas por estos dos elementos. Al cambiar cuidadosamente la proporción de telurio y selenio, el equipo logró inducir al material a un estado de superconductor topológico. Esta modificación permite que grandes cantidades de electrones interactúen de manera diferente, guiando al material hacia el estado deseado.

Los resultados, publicados en la revista Nature Communications, evidencian que ajustar la relación de telurio a selenio modifica la intensidad de las interacciones electrónicas. Estas correlaciones electrónicas funcionan como un mecanismo de ajuste fino, permitiendo a los científicos diseñar estados cuánticos inusuales.

"Podemos ajustar este efecto de correlación como si fuera un dial", expresó Haoran Lin, estudiante de posgrado en UChicago PME y autor principal del estudio. "Si las correlaciones son demasiado fuertes, los electrones quedan congelados. Si son demasiado débiles, el material pierde sus propiedades topológicas. Pero en el nivel justo, se obtiene un superconductor topológico".

El material en estudio, selenuro de hierro, fue descubierto recientemente y es conocido por combinar superconductividad con un comportamiento topológico inusual. Subhasish Mandal, profesor asistente de física en West Virginia University, comentó: "Este es un material único porque reúne todos los ingredientes esenciales para una plataforma de superconductividad topológica".

Los superconductores topológicos son particularmente atractivos para las tecnologías cuánticas debido a que sus estados son naturalmente estables y menos vulnerables al ruido que interfiere con la mayoría de los sistemas cuánticos. Las películas ultradelgadas desarrolladas por el grupo de Yang presentan varias ventajas sobre otros candidatos a superconductores topológicos, operando a temperaturas de hasta 13 Kelvin, en comparación con aproximadamente 1 Kelvin para plataformas basadas en aluminio. Esto facilita su enfriamiento utilizando sistemas de helio líquido estándar.

"Si se intenta utilizar este material para una aplicación real, es necesario poder cultivarlo en forma de película delgada, en lugar de intentar exfoliar capas de un cristal que podría no tener una composición consistente", explicó Lin.

Varios equipos de investigación ya están colaborando con el grupo de Yang para dar forma a estas películas y construir prototipos de dispositivos cuánticos. Mientras tanto, los investigadores continúan indagando en otras características del selenuro de hierro en películas delgadas para comprender mejor su potencial en la computación cuántica de próxima generación.