LÍQUIDO DE ESPÍN CUÁNTICO: NOVO ESTADO DA MATERIA QUE SE PODE CREAR EN LABORATORIO

Un equipo internacional de investigadores, liderado pola Universidade de Harvard, documentou por primeira vez un misterioso novo estado da materia, predito hai 48 anos polo físico Philip W. Anderson, nun material real.

Este estado da materia, coñecido como líquido de espín cuántico, provoca que os electróns, que se cre que son bloques de construción indivisibles da natureza, rompan en pedazos.

Os líquidos de espín cuántico escóndense en certos materiais magnéticos, pero ata agora non foran avistados de maneira concluínte na natureza.

A súa constatación descríbese nun artigo publicado na revista Science e marca un gran paso cara á posibilidade de producir a vontade este estado elusivo da materia, así como para obter unha comprensión nova da súa natureza misteriosa, explican os investigadores nun comunicado.

Os investigadores observaron este estado de espín líquido da materia utilizando un simulador cuántico programable que o laboratorio desenvolveu en 2017.

O simulador é unha especie ordenador cuántico que permite aos investigadores crear formas programables para deseñar diferentes interaccións e entrelazamientos entre átomos ultrafríos. Utilízase para estudar unha gran cantidade de procesos cuánticos complexos.

Con ese simulador, os investigadores replicaron a física microscópica que se atopa nos sistemas macroscópicos (materia condensada), aproveitando a liberdade que permite a programabilidad do sistema.

Desta forma crearon un patrón xeométrico propio, colocando os átomos dunha forma particular para que interactuaran e entrelazásense entre eles. Logo puideron medir e analizar as alianzas físicas (cadeas) que conectan aos átomos.

A presenza e a análise desas cadeas, que se denominan cadeas topolóxicas, revelaron que nese material estaban a ocorrer correlacións cuánticas: xurdira o estado líquido de espín cuántico da materia.

Despois de confirmar a presenza de líquidos de espín cuántico, os investigadores analizaron a posibilidade de aplicar este estado da materia para crear cúbits robustos, que serían resistentes ao ruído e á interferencia externa, un paso importante para a realización de ordenadores cuánticos fiables.

Os cúbits son os bloques de construción fundamentais sobre os que funcionan as computadoras cuánticas e a fonte da súa poder de procesamiento masivo.

A diferenza do bit, que só pode ter dous valores (un ou cero), o cúbit pode tomar varios valores á vez, é dicir, manifesta un sistema cuántico con dous estados propios simultáneos. 

Os computadores cuánticos empregan cúbits baseados en materiais superconductores. Con todo, estes cúbits son moi fráxiles ante calquera perturbación, o que impide explotar todo o potencial da computación cuántica. De aí a necesidade de obter cúbits robustos.

Os autores desta investigación realizaron unha proba de concepto que mostrou que é posible crear estes bits cuánticos robustos colocando os líquidos de espín cuántico nunha matriz xeométrica especial utilizando o simulador.

Os investigadores de Harvard continuarán traballando co simulador para coñecer exactamente como se poden usar os líquidos de espín cuántico para crear eses cúbits robustos.

O que conseguiu pescudar a nova investigación é como crear este cúbit topológico, pero aínda debe demostrar como se pode codificar e manipular, destacan os investigadores. 

Esta investigación desenvolve unha anterior, realizada en 2016, que observou por primeira vez a "pegada dixital" do líquido de espín cuántico, no que os electróns rompen.

Os investigadores mediron as primeiras firmas destas partículas fraccionadas, coñecidas como fermiónss de Majorana, nun material bidimensional cunha estrutura similar ao grafeno.

Tamén se relaciona con outra investigación, publicada este ano, segundo a cal a aprendizaxe automática, unha rama da Intelixencia Artificial, pode profundizar no comportamento do líquido de espín cuántico e determinar tamén que materiais poden ou non ser considerados líquido de espín cuántico.

A nova investigación culmina estes esforzos previos, non só para comprobar a existencia do líquido de espín cuántico, senón tamén para aproveitalo e conseguir unha computación cuántica máis robusta.

FONTE: Eduardo Martínez de la Fe/farodevigo.es/tendencias21