Pesquisadores da Universidade de Copenhagen, em colaboração com pesquisadores da Microsoft Quantum, usaram um semicondutor em forma de lápis medindo apenas algumas centenas de nanômetros de diâmetro para descobrir uma nova rota para a supercondutividade topológica e os modos zero de Majorana. O estudo foi publicado recentemente em Ciência .

A nova rota que os pesquisadores descobriram usa o enrolamento de fase em torno da circunferência de um supercondutor cilíndrico em torno de um semicondutor, uma abordagem que eles chamam de avanço conceitual.

"O resultado pode fornecer uma rota útil para o uso dos modos zero de Majorana como base de qubits protegidos para informações quânticas. Não sabemos se esses fios em si serão úteis, ou se apenas as ideias forem úteis, "diz Charles Marcus, Villum Kann Rasmussen Professor do Niels Bohr Institute e Diretor Científico do Microsoft Quantum Lab em Copenhagen.

O que eles relatam parece ser uma maneira muito mais fácil de criar modos zero de Majorana, em que eles podem ser ligados e desligados, de acordo com o pesquisador de pós-doutorado Saulius Vaitiekenas, quem foi o experimentalista líder no estudo.

Duas ideias conhecidas combinadas

A nova pesquisa mescla duas ideias já conhecidas usadas no mundo da mecânica quântica:supercondutores topológicos baseados em vórtices e supercondutividade topológica unidimensional em nanofios.

"O significado deste resultado é que ele unifica diferentes abordagens para compreender e criar supercondutividade topológica e modos zero de Majorana, "diz o professor Karsten Flensberg, diretor do Center for Quantum Devices.

As descobertas podem ser descritas como uma extensão do efeito Little-Parks, descoberto por físicos há 50 anos. No efeito Little-Parks, um supercondutor na forma de um invólucro cilíndrico se ajusta a um campo magnético externo, enfiar o cilindro saltando para um "estado de vórtice" no qual a função de onda quântica em torno do cilindro carrega uma torção de sua fase.

Os pesquisadores precisavam de um tipo especial de material que combinasse nanofios semicondutores e alumínio supercondutor. Esses materiais foram desenvolvidos no Center for Quantum Devices ao longo de alguns anos. Notavelmente, a camada supercondutora envolve totalmente o semicondutor nesses fios. Eles foram criados pelo professor Peter Krogstrup, também no Center for Quantum Devices e Diretor Científico do Microsoft Quantum Materials Lab em Lyngby.

"Nossa motivação para olhar para isso em primeiro lugar foi que parecia interessante e não sabíamos o que iria acontecer, "diz Charles Marcus sobre a descoberta experimental, o que foi confirmado teoricamente na mesma publicação. Apesar disso, a ideia pode indicar um caminho a seguir para a computação quântica.