Pesquisadores do Departamento de Física e do Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging of Matter" da Universität Hamburg e da Universidade da Califórnia em Irvine propuseram recentemente uma nova maneira de caracterizar supercondutores topológicos por meio de experimentos multi-THz-pulse.
Isso abre um caminho para identificar inequivocamente estados exóticos de matéria previstos e pode ajudar no projeto de novos materiais para futuros dispositivos que transportam e processam informações quânticas.

Cientistas de todo o mundo estão trabalhando para construir computadores quânticos escaláveis ​​baseados em matéria de estado sólido. Uma dessas classes de materiais são os supercondutores topológicos. Eles supostamente hospedam um tipo particular de estado quântico coletivo, os anyons não abelianos na forma de férmions de Majorana em seus limites. Ao embaralhar essas quasipartículas em redes de fios quânticos, os pesquisadores podem construir portões quânticos lógicos, os blocos de construção dos computadores quânticos.

Em massa em vez de propriedades de limite

As primeiras assinaturas da existência de Majoranas foram relatadas com base em medições de transporte quântico, mas depois esses estudos se mostraram não confiáveis ​​porque Majoranas pode ser facilmente confundida com excitações de fronteira triviais. A nova teoria tem uma abordagem diferente. Em vez de investigar as Majoranas nos limites do dispositivo, o material a granel é abordado. Devido à chamada "correspondência de limite de massa", as Majoranas estão intimamente ligadas à topologia da estrutura de banda de massa do supercondutor. Em certo sentido, as excitações das partículas no material a granel experimentam uma "torção" com as Majoranas nos limites. Essa forte interligação pode ser estudada por meio da espectroscopia THz bidimensional, uma técnica amplamente utilizada em moléculas e matéria bruta.

"Ao contrário da espectroscopia de absorção 'linear', experimentos multipulsos não lineares nos permitem estudar a resposta óptica de partículas excitadas e, assim, ajudar a revelar essa 'torção' claramente, com assinaturas únicas do estado topológico exótico nos espectros 2D", diz o Prof. Dr. Michael Thorwart da Universität Hamburg e cientista do Cluster of Excellence.

Aparecendo em Cartas de Revisão Física , a proposta da teoria formula um passo importante entre a detecção das propriedades mais básicas, mas não totalmente caracterizantes de Majoranas e a demonstração ainda muito ambiciosa das operações de portas lógicas com anyons não abelianos na forma de trança de estados de Majorana.

"Tais técnicas ópticas fornecem informações espectroscópicas além da imagem e permitem uma caracterização indubitável de materiais topológicos. Como tal, elas podem construir uma ponte para suas aplicações distantes em tecnologias quânticas", acrescenta Felix Gerken, autor principal e Ph.D. aluno da CUI-Escola de Pós-Graduação do Cluster of Excellence. + Explorar mais

Os férmions de Majorana têm potencial para tecnologia da informação com resistência zero