Imagem do microscópio eletrônico de varredura de nanofios de InP em crescimento, formando assim múltiplas junções. Crédito:Universidade de Tecnologia de Eindhoven
No Natureza hoje, uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven, A Delft University of Technology e a University of California - Santa Barbara apresentam um chip quântico avançado que poderá fornecer a prova definitiva das misteriosas partículas de Majorana. Essas partículas, demonstrado pela primeira vez em 2012, são suas próprias antipartículas ao mesmo tempo. O chip, que compreende redes ultrafinas de nanofios em forma de 'hashtags', tem todas as qualidades para permitir que as partículas de Majorana troquem de lugar. Esse recurso é considerado a arma fumegante para provar sua existência e é um passo crucial para seu uso como um bloco de construção para futuros computadores quânticos.
Em 2012, foi uma grande notícia:pesquisadores da Delft University of Technology e Eindhoven University of Technology apresentaram as primeiras assinaturas experimentais para a existência do férmion de Majorana. Essa partícula foi prevista em 1937 pelo físico italiano Ettore Majorana e tem a propriedade distinta de ser também sua própria antipartícula. As partículas de Majorana emergem nas extremidades de um fio semicondutor, quando em contato com um material supercondutor.
Arma fumegante
Embora as partículas descobertas possam ter propriedades típicas de Majoranas, a prova mais emocionante poderia ser obtida permitindo que duas partículas de Majorana trocassem de lugar, ou 'trança' como é cientificamente conhecido. "Essa é a arma fumegante, "sugere Erik Bakkers, um dos pesquisadores da Eindhoven University of Technology. "O comportamento que então vemos pode ser a evidência mais conclusiva de Majoranas."
Encruzilhada
No Natureza artigo que é publicado hoje, Bakkers e seus colegas apresentam um novo dispositivo que deve ser capaz de mostrar essa troca de Majoranas. No experimento original em 2012, duas partículas de Majorana foram encontradas em um único fio, mas não conseguiram passar uma pela outra sem destruir imediatamente a outra. Assim, os pesquisadores literalmente tiveram que criar espaço. No experimento apresentado, eles formaram interseções usando os mesmos tipos de nanofio, de modo que quatro dessas interseções formem uma 'hashtag', #, e assim criar um circuito fechado ao longo do qual os Majoranas podem se mover.
Imagem de microscópio eletrônico de varredura do dispositivo em que claramente uma 'hashtag' é formada. Crédito:Universidade de Tecnologia de Eindhoven
Etch e crescer
Os pesquisadores construíram seu dispositivo de hashtag começando do zero. Os nanofios são cultivados a partir de um substrato especialmente gravado de modo que formem exatamente a rede desejada, que então expõe a um fluxo de partículas de alumínio, criando camadas de alumínio, um supercondutor, em pontos específicos dos fios - os contatos de onde emergem as partículas de Majorana. Os lugares que ficam 'na sombra' de outros fios permanecem descobertos.
Salto na qualidade
Todo o processo acontece no vácuo e em temperatura ultra-fria (em torno de -273 graus Celsius). "Isso garante muito limpo, contatos puros, "diz Bakkers, "e nos permite dar um salto considerável na qualidade desse tipo de dispositivo quântico." As medições demonstram por uma série de propriedades eletrônicas e magnéticas que todos os ingredientes estão presentes para os Majoranas trançarem.
Computadores quânticos
Se os pesquisadores conseguirem permitir que as partículas de Majorana se entrançem, eles terão matado imediatamente dois coelhos com uma cajadada só. Dada sua robustez, Majoranas é considerado o bloco de construção ideal para futuros computadores quânticos, que serão capazes de realizar muitos cálculos simultaneamente e, portanto, muitas vezes mais rápido do que os computadores atuais. A trança de duas partículas de Majorana pode formar a base para um qubit, a unidade de cálculo desses computadores.
Viajar ao redor do mundo
Um detalhe interessante é que as amostras viajaram pelo mundo durante a fabricação, combinando atividades únicas e sinérgicas de cada instituição de pesquisa. Tudo começou em Delft com padronização e gravação do substrato, em seguida, para Eindhoven para crescimento de nanofios e para Santa Bárbara para formação de contato de alumínio. Finalmente de volta a Delft via Eindhoven para as medições.
