Uma equipe de pesquisa dinamarquesa-americana mostrou que é possível produzir partículas de Majorana em um novo material de construção. A pesquisa, liderado por cientistas do instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, abre o caminho para novos tipos de experimentos - e ao mesmo tempo representa uma importante contribuição para a construção dos circuitos de informação de amanhã.

Desde que Ettore Majorana - lendário e mítico físico italiano - em 1937 sugeriu a existência de uma partícula que também é sua própria antipartícula, cientistas têm procurado pela "partícula de Majorana, "como é, passou a ser conhecido.

Até agora a pesquisa foi em vão

Uma equipe de cientistas do Center for Quantum Devices do Niels Bohr Institute (NBI) e da Purdue University, EUA, têm, entretanto, contribuído recentemente para o avanço da pesquisa de Majorana.

Não encontrando a própria partícula indescritível, mas descobrindo como produzir um material no qual os elétrons se comportam de acordo com as previsões teóricas para as partículas de Majorana.

Os resultados do projeto de pesquisa são publicados na edição desta semana da revista científica. Cartas de revisão física .

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Uma antipartícula é uma partícula elementar - idêntica à sua 'contraparte, "mas com carga elétrica oposta. Como pode ser visto na relação entre elétrons carregados negativamente e pósitrons carregados positivamente.

Se uma partícula também é sua própria antipartícula, que, dado que realmente existe, será o caso com uma partícula de Majorana - portanto, não terá carga alguma.

As propriedades que, de acordo com os cálculos de Ettore Majorana, irá caracterizar uma partícula de Majorana por uma série de razões que fascinam os cientistas. Obviamente, porque tais propriedades "empacotadas" em uma partícula representarão novas possibilidades experimentais. Mas também porque as propriedades de Majorana são consideradas úteis quando os cientistas são, e. tentando construir computadores quânticos - ou seja, os circuitos de informação de amanhã que terão a capacidade de processar cargas de dados até agora, muito mais pesado do que aqueles com os quais nossos supercomputadores atuais.

Em todo o mundo, cientistas estão tentando projetar computadores quânticos.

É uma corrida - o Center for Quantum Devices da NBI é um dos concorrentes - e o professor assistente Fabrizio Nichele e o professor Charles Marcus, ambos representando o NBI-center, foram responsáveis ​​pelo projeto de pesquisa dinamarquês-americano.

“A versão condensada é que é possível produzir um material em que os elétrons se comportem como partículas de Majorana, como sugerem nossos experimentos - e que é possível produzir esse material por meio de técnicas bastante semelhantes às usadas hoje na fabricação de circuitos de computador. Além disso, mostramos como este material nos permite medir propriedades de partículas de Majorana nunca medidas antes - e realizar essas medições com grande precisão, "explica Fabrizio Nichele.

Design de laptop

Duas folhas ultrafinas - combinadas em um sanduíche - estão no centro da descoberta dinamarquesa-americana, e tudo tem a ver com a produção de um material a partir desse sanduíche. "

A camada inferior do 'sanduíche' é feita de arseneto de índio, um semicondutor, e a camada superior é feita de alumínio, um supercondutor. E o 'sanduíche' fica em cima de uma chamada bolacha, um dos blocos de construção usados ​​na tecnologia de computação moderna.

Se você extrair um nano fio dessa camada de 'sanduíche', é possível criar um estado em que os elétrons dentro do fio exibam propriedades de Majorana - e a teoria por trás dessa abordagem é em parte conhecida desde 2010, diz Fabrizio Nichele:

"Contudo, até agora, tem havido um grande problema porque era necessário 'fazer crescer' o nano fio em máquinas especiais em um laboratório - e o fio era, literalmente, disponível apenas na forma de canudos minúsculos 'parecidos com cabelo'. Para construir, por ex. um chip baseado neste material, você, portanto, teve que reunir um número quase insondável de canudos individuais - o que tornou realmente difícil e muito desafiador construir circuitos dessa maneira. "

E é exatamente aqui que a descoberta dinamarquesa-americana vem com muita facilidade, explica Fabrizio Nichele:"Agora podemos projetar o nanofio em um laptop - e incluir os detalhes que buscamos. Mais adiante, a capacidade de produção sem dúvida aumentará - o que nos permitirá usar essa técnica para construir computadores de tamanho significativo. "

Estrada mais rápida para Majorana

No Center for Quantum Devices da NBI, o foco está muito na construção de um computador quântico. Ainda assim, é um longo caminho - o computador quântico não está de forma alguma ao virar da esquina, diz Fabrizio

Nichele:"Os materiais com propriedades Majorana obviamente têm uma série de qualidades relevantes neste contexto - é por isso que tentamos investigar este campo por meio de vários experimentos."

Alguns desses experimentos são realizados em temperaturas um pouco acima do zero absoluto (-273, 15 C), explica Fabrizio Nichele:"Quando você faz isso - o que naturalmente requer equipamentos adaptados para experimentos desse tipo - você pode estudar detalhes relacionados às propriedades quânticas em vários materiais. Quando se trata de construir um computador quântico, Partículas de Majorana fazem, Contudo, representam apenas uma de uma série de opções possíveis e promissoras. Este campo é muito complexo - e quando, algum dia, um computador quântico foi realmente construído e está funcionando, pode muito bem ser baseado em alguma forma de integração de uma série de técnicas e materiais diferentes, do qual alguns podem ser baseados em nossa pesquisa, "diz Fabrizio Nichele.

Os cientistas que trabalham com as equações de Ettore Majoranas por razões totalmente diferentes do desejo de construir um computador quântico, também pode se beneficiar da pesquisa dinamarquesa-americana, explica Fabrizio Nichele:

"Nossa técnica possibilita a realização de experimentos que até agora não eram possíveis - o que também facilitará a compreensão da própria partícula de Majorana."

O projeto de pesquisa foi financiado pela Fundação Nacional de Pesquisa Dinamarquesa, a Fundação Villum, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) e - representando o lado do doador comercial - Microsoft; o último se juntando ao projeto como parte de uma cooperação bem estabelecida com a NBI.

Além de cooperar com colegas da Universidade Purdue, os pesquisadores do NBI também estudaram recentemente as propriedades de Majorana trabalhando em conjunto com cientistas da Universidade da Califórnia, Santa Barbara, EUA. Os resultados deste projeto são publicados em um artigo separado em Cartas de revisão física .