Cientistas da Universidade Tsinghua e do Instituto de Física, Academia Chinesa de Ciências em Pequim, demonstraram a capacidade de controlar os estados da matéria, controlando assim a resistência interna, dentro de várias camadas, semicondutores dopados magneticamente usando o efeito Hall anômalo quântico.

O efeito Hall anômalo quântico (QAH) ocorre em alguns materiais especialmente projetados nos quais os elétrons podem se mover a uma distância em escala milimétrica sem perder sua energia. A capacidade de aplicar esse efeito aos dispositivos permitiria uma nova revolução na eficiência energética e na velocidade de computação.

Em um estudo publicado na revista Letras de Física Chinesa , pesquisadores dizem que fabricaram um material artificial que poderia ser usado para desenvolver um computador quântico topológico usando epitaxia de feixe molecular, uma nova técnica que permite o empilhamento de camadas de cristal com a espessura de uma única molécula, e explorando o efeito QAH.

Um computador quântico aproveita a capacidade das partículas subatômicas de estarem em vários estados ao mesmo tempo, em vez do binário um ou zero visto em computadores convencionais, permitindo-lhes resolver certos tipos de problemas com muito mais eficiência. O computador quântico topológico seria um passo além disso. Em vez de partículas físicas, eles usam um tipo específico de quasipartícula chamado anyon para codificar as informações. Verificou-se que os Anyons são altamente resistentes a erros tanto no armazenamento quanto no processamento de informações.

"Podemos realizar multicamadas QAH, ou uma pilha de múltiplas camadas de estruturas de cristal que estão experimentando o efeito QAH, com vários filmes dopados magneticamente espaçados por camadas isolantes de seleneto de cádmio. Já que fazemos isso por epitaxia de feixe molecular, é fácil controlar as propriedades de cada camada para conduzir a amostra em diferentes estados, "diz Ke He, professor da Universidade Tsinghua. O seleneto de cádmio é uma molécula que consiste em um átomo de cádmio e um átomo de selênio usado como semicondutor; um material cujas propriedades condutoras os pesquisadores podem modificar adicionando impurezas.

A capacidade de produzir multicamadas de cristais finos permite o sanduíche de uma película isolante entre as camadas que conduzem eletricidade, evitando a interação indesejada dos elétrons entre as folhas, da mesma forma que tentamos evitar que os fios se cruzem na eletrônica. Esses tipos de estruturas são muito interessantes para estudar porque eles forçam alguns dos elétrons para o que é chamado de "estado de borda" que, até agora, eram muito difíceis de fabricar. Esse "estado de limite" serve como um caminho para uma fração dos elétrons fluir sem qualquer resistência. Por ter muitas camadas empilhadas umas sobre as outras, o efeito é amplificado empurrando uma fração maior dos elétrons para este estado.

"Ajustando a espessura das camadas QAH e das camadas isolantes de seleneto de cádmio; podemos conduzir o sistema em um semimetal Weyl magnético, um estado da matéria que até agora nunca foi demonstrado de forma convincente em materiais de ocorrência natural. "

Um semimetal de Weyl é um estado exótico da matéria classificado como um cristal de estado sólido que, observada pela primeira vez em julho de 2015. Conduz eletricidade usando os férmions de Weyl sem massa em vez de elétrons. Esta diferença significativa de massa entre os férmions de Weyl e os elétrons permite que a eletricidade flua através dos circuitos de forma mais eficaz, permitindo dispositivos mais rápidos.

"Agora, o que mais me interessa é construir bicamadas QAH controláveis ​​de forma independente. Se pudéssemos obter um par de estados de borda de contra-propagação, ao colocar um contato supercondutor na borda da amostra, os dois estados de borda podem se ligar devido ao contato supercondutor, levando aos modos Majorana que podem ser usados ​​para construir um computador quântico topológico. "

Os modos Majorana são considerados utilizáveis ​​no código de correção de erros quânticos, uma propriedade única para computadores quânticos topológicos, e uma parte essencial da teoria da informação usada para reduzir erros que ocorrem naturalmente na transmissão de dados e para neutralizar os efeitos da interferência. Esse processo também pode oferecer a capacidade de processar informações quânticas e armazená-las de maneira mais eficaz no futuro.