Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Los Angles, financiados pelo Exército dos EUA, encontraram uma assinatura proverbial da partícula de Majorana, há muito procurada. e o achado, eles dizem, pode bloquear invasores em redes de comunicação confidenciais.

As partículas de Majorana, que foram previstas há mais de 80 anos pelo físico teórico italiano Ettore Majorana, podem se tornar blocos de construção essenciais para computadores quânticos porque suas propriedades incomuns os tornam resistentes a interferências externas e evitam a perda de informações quânticas.

A descoberta não resolve apenas um problema antigo da física, mas também abre uma avenida potencial para controlar férmions de Majorana para a realização de computação quântica topológica robusta, disse o Dr. Joe Qiu, gerente do Programa de Eletrônica de Estado Sólido da Diretoria de Ciências da Engenharia do Gabinete de Pesquisa do Exército, um elemento do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA, localizado no Research Triangle Park em Durham, Carolina do Norte.

Os computadores quânticos podem resolver problemas com muito mais rapidez e eficiência do que os computadores clássicos, potencialmente levando a uma melhoria significativa na consciência situacional com a capacidade de processar uma grande quantidade de dados disponíveis, uma área de pesquisa prioritária fundamental para o Exército dos EUA.

"Abordagens experimentais anteriores baseadas em nanofios semicondutores em supercondutores produziram sinais inconclusivos que também poderiam ser atribuídos a outros efeitos, "O experimento da UCLA usando camadas empilhadas de isolante topológico magnético e supercondutor demonstrou a evidência mais clara e inequívoca das partículas, conforme previsto pela teoria até agora."

A pesquisa que levou à descoberta representa uma estreita colaboração interdisciplinar entre uma equipe de pesquisadores, incluindo engenheiros elétricos, físicos e cientistas materiais. A equipe da UCLA é financiada por uma Iniciativa de Pesquisa Universitária Multidisciplinar do Exército, ou MURI, prêmio administrado em conjunto pela Eletrônica (Dr. Joe Qiu), Divisões de Física (Dr. Marc Ulrich) e Materiais (Dr. John Prater) na ARO. ARO financia pesquisas para iniciar descobertas científicas e tecnológicas de longo alcance em organizações externas, instituições educacionais, organizações sem fins lucrativos e a indústria privada que podem tornar os futuros soldados americanos mais fortes e seguros.

Esta pesquisa foi liderada pelo Prof. Kang Wang, um distinto professor de engenharia elétrica da UCLA, da física e da ciência e engenharia dos materiais, que também detém a cadeira Raytheon em Engenharia Elétrica da UCLA.

Publicado pela primeira vez na prestigiosa revista Ciência Julho passado, a pesquisa foi apresentada em uma palestra apresentada pelo professor Wang, bem como em duas outras palestras convidadas por seus colaboradores durante o American Physical Society March Meeting.

"Como a partícula de Majorana é sua própria antipartícula - carregando carga elétrica zero - ela é vista como a melhor candidata para carregar um bit quântico, ou qubit, a unidade de dados que seria a base dos computadores quânticos. Ao contrário de 'bits' de dados em computadores padrão, que pode ser representado como 0s ou 1s, qubits podem ser 0s e 1s, uma propriedade que daria aos computadores quânticos exponencialmente mais poder de computação e velocidade do que os melhores supercomputadores de hoje, "Qiu disse.

A partícula de Majorana tem sido o foco de grande interesse para a computação quântica em grande parte porque sua carga neutra a torna resistente à interferência externa e dá a ela a capacidade de alavancar e sustentar uma propriedade quântica conhecida como emaranhamento. O emaranhamento permite que duas partículas fisicamente separadas codifiquem simultaneamente as informações, que poderia gerar um enorme poder de computação.

"Imagine que bits de dados em computadores padrão são como carros viajando nos dois sentidos em rodovias de duas pistas, "disse Wang, que também é diretor do Centro de Excelência em Nanotecnologia Verde da Cidade Rei Abdulaziz para Ciência e Tecnologia. "Um computador quântico pode ter muitas pistas e muitos níveis de tráfego, 'e os carros poderiam pular entre os níveis e viajar em ambas as direções ao mesmo tempo, em cada pista e em todos os níveis. Precisamos de estabilidade, 'carros' quânticos blindados para fazer isso e as partículas de Majorana são esses supercarros. "

Para sua pesquisa, a equipe montou um supercondutor, um material que permite que os elétrons fluam livremente através de suas superfícies sem resistência, e colocado acima dele um filme fino de um novo material quântico chamado isolante topológico, para dar aos engenheiros a capacidade de manipular as partículas em um padrão específico. Depois de varrer um campo magnético muito pequeno sobre a configuração, os pesquisadores descobriram o sinal quantizado distinto das partículas de Majorana - a impressão digital reveladora de um tipo específico de partículas quânticas - no tráfego elétrico entre os dois materiais.

"As partículas de Majorana aparecem e se comportam como metades de um elétron, embora não sejam pedaços de elétrons, "disse Qing Lin He, um bolsista de pós-doutorado da UCLA e co-autor principal do Ciência papel. "Observamos o comportamento quântico, e o sinal que vimos mostrou claramente a existência dessas partículas. "

No experimento, Partículas de Majorana viajaram ao longo das bordas do isolador topológico em um padrão distinto em forma de trança. Os pesquisadores disseram que o próximo passo em sua pesquisa irá explorar como usar partículas de Majorana em tranças quânticas, que os uniria para permitir que as informações fossem armazenadas e processadas em velocidades superaltas.

Lei Pan, um aluno de doutorado da UCLA em engenharia elétrica e co-autor do artigo, disse que as propriedades únicas das partículas de Majorana parecem torná-las especialmente úteis para computadores quânticos topológicos.

"Embora os sistemas quânticos convencionais tenham esquemas sofisticados para corrigir erros, informações codificadas em um computador quântico topológico não podem ser facilmente corrompidas, ", disse ele." O que é empolgante em usar partículas de Majorana para construir computadores quânticos é que o sistema seria tolerante a falhas. "

A equipe de pesquisa também inclui membros colaboradores da UC Irvine, UC Davis e Stanford University.