Los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han encontrado un superconductor que podría ser potencialmente útil para construir computadoras cuánticas: el Uranio Ditellurida (UTe 2).
Los elementos de este material superconductor (SC) podrían sortear uno de los principales obstáculos que se interponen en el camino de los circuitos de lógica cuántica efectivos.
Y es que las propiedades halladas en el compuesto de UTe 2 podrían ser altamente resistentes a la dificultad de hacer que los qubits (interruptores de almacenamiento de memoria de las computadoras cuánticas) funcionen lo suficiente como para terminar un cálculo, antes de perder la delicada relación física que les permite operar en grupo.
Esta relación, llamada coherencia cuántica, ha sido difícil de mantener por las perturbaciones del mundo circundante y, por ello, la importancia de este descubrimiento.
“La resistencia inusual y fuerte del compuesto a los campos magnéticos lo convierte en un ave rara entre los materiales superconductores, que ofrecen distintas ventajas para el diseño de qubit, principalmente su resistencia a los errores que pueden arrastrarse fácilmente a la computación cuántica”.
Además, los comportamientos excepcionales de UTe 2 podrían hacerlo atractivo para la naciente industria de la computación cuántica, de acuerdo a lo expresado por Nick Butch, quien forma parte del equipo de investigación.
Debido a su posición de físico del NIST para la Investigación de Neutrones (NCNR), Butch ha explicado que el UTe 2 es potencialmente el silicio de la era de la información cuántica. “Se podría usar ditellurida de uranio para construir los qubits de una computadora cuántica eficiente”.
UTe 2 con propiedades poco comunes
La revista Ciencia ha publicado los resultados de la investigación de este equipo, que también incluye científicos de la Universidad de Maryland y del Laboratorio Ames.
En el artículo se han detallado las propiedades poco comunes del UTe 2, que han sido calificadas como interesantes desde las perspectivas de la aplicación tecnológica y la ciencia fundamental.
“Una de ellas es la forma inusual en que los electrones que conducen la electricidad a través de UTe 2 se asocian. En el alambre de cobre o en algún otro conductor ordinario, los electrones viajan como partículas individuales, pero en todos los SC forman lo que se llama pares de Cooper”.
Entonces, las interacciones electromagnéticas que causan estos emparejamientos son responsables de la superconductividad del material.
Según lo publicado, la explicación para este tipo de superconductividad se llama teoría BCS, después de los tres científicos que descubrieron los emparejamientos (y compartieron el Premio Nobel por hacerlo).
Lo importante para este emparejamiento de Cooper es una propiedad que tienen todos los electrones conocida como “giro” cuántico, lo que hace que los electrones se comporten como si cada uno tuviera un pequeño imán de barra que los atraviesa.
“En la mayoría de los SC, los electrones emparejados tienen sus espines cuánticos orientados de una sola manera: un electrón apunta hacia arriba, mientras que su compañero apunta hacia abajo. Este emparejamiento opuesto se llama spin singlete”.
A pesar de esto, una pequeña cantidad de superconductores conocidos no son conformistas, y todo apunta a que UTe 2 estaría entre éstos.
Y es que sus pares Cooper pueden tener sus giros orientados en una de tres combinaciones, haciéndolos girar trillizos.
Algo especial en el NIST
El equipo se ha topado con el UTe 2 mientras exploraba los imanes a base de uranio, cuyas propiedades electrónicas pueden ajustarse como se desee al cambiar su química, presión o campo magnético, una característica útil cuando se desean materiales personalizables.
Butch ha afirmado que el UTe 2 se había creado por primera vez en la década de 1970 y que algunos artículos de investigación bastante recientes lo han descrito como irrelevante.
“Sucedimos que fabricamos algo de UTe 2 mientras sintetizamos materiales relacionados, por lo que lo probamos a temperaturas más bajas para ver si quizás se haya pasado por alto algún fenómeno. Rápidamente nos dimos cuenta de que teníamos algo muy especial en nuestras manos”.
De esta manera, el equipo del NIST comenzó a explorar UTe 2 con herramientas especializadas tanto en el NCNR como en la Universidad de Maryland y pudo observar que se volvió superconductor a bajas temperaturas (por debajo de -271.5 grados Celsius, o 1.6 kelvin).