resistores e transistores de computação mais rápida

Computação mais rápida com quase-partículas

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Os avanços tecnológicos nunca vão ter fim. A computação mais rápida será necessária por causa da enorme quantidade de dados que são processados por inteligência artificial e realidade virtual. O tamanho dos condutores é claro, também vai diminuir em escala das nano-partículas.

Partículas de Majorana são membros muito peculiares da família de partículas elementares. Previamente previsto em 1937 pelo físico italiano Ettore Majorana, essas partículas pertencem ao grupo dos chamados férmions, grupo que também inclui elétrons, nêutrons e prótons. Os férmions de Majorana são eletricamente neutros e também suas próprias antipartículas. Essas partículas exóticas podem, por exemplo, emergir como quase-partículas em supercondutores topológicos e representar blocos de construção ideais para computadores quânticos topológicos.

Indo para duas dimensões

No caminho para tais computadores quânticos topológicos baseados em quase-partículas de Majorana, os físicos da Universidade de Würzburg, juntamente com colegas da Universidade de Harvard (EUA) deram um passo importante: Considerando que experimentos anteriores neste campo focaram principalmente em sistemas unidimensionais , as equipes de Würzburg e Harvard conseguiram ir a sistemas bidimensionais.

Nesta colaboração, os grupos de Ewelina Hankiewicz (Theoretische Physik IV) e Laurens Molenkamp (Experimentelle Physik III) da Universidade de Würzburg uniram-se aos grupos de Amir Yacoby e Bertrand Halperin da Universidade de Harvard. Suas descobertas são apresentadas na edição atual da revista científica Nature.

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Dois supercondutores podem simplificar

“Realizar férmions de Majorana é um dos tópicos mais intensamente estudados na física da matéria condensada”, diz Ewelina Hankiewicz. Segundo ela, as realizações anteriores geralmente se concentram em sistemas unidimensionais, como os nanofios. Ela explica que a manipulação de férmions de Majorana é muito difícil nessas configurações. Isso exigiria, portanto, esforços significativos para torná-los nessas configurações eventualmente aplicáveis à computação quântica.

A fim de evitar algumas dessas dificuldades, os pesquisadores estudaram férmions Majorana em um sistema bidimensional com forte acoplamento spin-órbita. “O sistema que investigamos é uma chamada junção Josephson controlada por fase, ou seja, dois supercondutores que são separados por uma região normal”, explica Laurens Molenkamp. A diferença de fase supercondutora entre os dois supercondutores fornece um botão adicional, o que torna um ajuste fino intricado dos outros parâmetros do sistema pelo menos parcialmente desnecessário.

Passo importante para um melhor controle

No material estudado, um quantum quaternário de mercúrio bem acoplado ao alumínio de película fina supercondutor, os físicos observaram pela primeira vez uma transição de fase topológica que implica o aparecimento de férmions de Majorana nas junções Josephson de fase controlada.

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A configuração realizada experimentalmente aqui constitui uma plataforma versátil para a criação, manipulação e controle de férmions de Majorana, que oferece várias vantagens em comparação com plataformas unidimensionais anteriores. Segundo Hankiewicz, “este é um passo importante para um melhor controle dos férmions de Majorana”. A prova de conceito de um supercondutor topológico baseado em uma junção Josephson bidimensional abre novas possibilidades para a pesquisa sobre férmions de Majorana na física da matéria condensada. Em particular, várias restrições de realizações anteriores de férmions de Majorana podem ser evitadas.

Revolução potencial em tecnologia de computadores

Ao mesmo tempo, um controle aprimorado dos férmions de Majorana representa um passo importante em direção aos computadores quânticos topológicos. Teoricamente, esses computadores podem ser significativamente mais poderosos que os computadores convencionais. Eles, portanto, têm o potencial de revolucionar a tecnologia de computadores.

Em seguida, os pesquisadores planejam melhorar as junções de Josephson e avançar para junções com regiões normais mais estreitas. Aqui, férmions de Majorana mais localizados são esperados. Eles estudam ainda mais possibilidades de manipular férmions de Majorana, por exemplo, usando outros semicondutores.

Publicado originalmente em: Phys.org

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