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Un maravilloso viaje en física cuántica: ¿Cómo aparecen los modos cero de Majorana en los superconductores?
El concepto de fermiones de Majorana también tiene su extensión en la física de la materia condensada, surgiendo del movimiento colectivo de estados fuertemente ligados, que a menudo se denominan modos cero de Majorana.
En los superconductores, la aparición de modos cero de Majorana se debe a la simetría electrón-hueco única de los superconductores. Esto permite que las cuasipartículas en materiales superconductores actúen como fermiones de Majorana, proporcionando una plataforma experimental para explorar este fenómeno. La existencia de estos modos cero no sólo es una maravillosa idea teórica, sino que también puede desempeñar un papel importante en el futuro de la computación cuántica.
La teoría central de MajoranaEl concepto de Majorana se originó a partir de la existencia de partículas de espín 1/2 eléctricamente neutras que pueden describirse mediante una ecuación de onda de valor verdadero. La revelación de las ecuaciones de Majorana permitió que estas partículas fueran vistas esencialmente como sus propias antipartículas, establecidas a través de la compleja relación conjugada. A diferencia de los fermiones de Dirac, los operadores de creación y aniquilación de los fermiones de Majorana son los mismos, una propiedad que proporciona nuevos conocimientos para comprender su comportamiento.
Los modos cero de Majorana se caracterizan por sus propiedades estadísticas no abelianas, lo que hace posible realizar operaciones lógicas en estos modos en la computación cuántica.
Por ejemplo, en algunos materiales superconductores, los modos cero de Majorana pueden quedar atrapados en interfaces o defectos, formando los llamados estados ligados de Majorana. El comportamiento estadístico de estos estados ligados es muy diferente al de los fermiones ordinarios, lo que proporciona nuevas oportunidades para explorar las posibilidades de la computación cuántica experimentalmente.
Progreso experimental
A medida que la comunidad científica continúa profundizando su investigación sobre los modos cero de Majorana, cada vez más resultados experimentales proporcionan un fuerte respaldo. En 2008, un importante estudio predijo que los estados ligados de Majorana podrían aparecer en la interfaz entre aislantes topológicos y superconductores. Posteriormente, cada vez más experimentos han encontrado indicios de modos cero de Majorana, incluido un experimento en la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos en 2012, que observó la unión de Majorana en ambos extremos bajo ciertas condiciones. El pico de conductividad causado por el estado.
Los científicos utilizaron tecnología de microscopía de efecto túnel de barrido de baja temperatura para observar las señales características de los estados ligados de Majorana, que sentaron las bases para la computación cuántica futura.
Sin embargo, a medida que avanzaban los experimentos, los investigadores también señalaron que algunos estados pseudo-Majorana podrían estar imitando fenómenos, por lo que continuar con las pruebas y la confirmación es crucial. Por ejemplo, una investigación realizada en la Academia China de Ciencias en 2018 observó los primeros signos de partículas de Majorana en materia pura, pero estudios posteriores han demostrado que otros estados electrónicos pueden exhibir características cuantificadas similares.
Aplicación de Majorana en computación cuántica
Los estados ligados de Majorana tienen aplicaciones potenciales, especialmente en la corrección de errores cuánticos. Al crear los llamados «defectos de torsión», estos modos de Majorana no apareados son capaces de almacenar y procesar información cuántica. Esta tecnología está cerca de la operación en cadena en la computación cuántica y puede suprimir eficazmente los errores en el proceso de computación cuántica.Lo más sorprendente es que la existencia de Majorana no sólo rompe el marco de la física tradicional, sino que también es la esperanza futura de la computación de frontera. Investigaciones futuras podrían revelar sus rutinas físicas más profundas y su potencial de aplicación.
El descubrimiento y la aplicación de los modos cero de Majorana están redefiniendo nuestra comprensión de la física de partículas y la física de la materia condensada. Con futuros avances en tecnología experimental y la profundización de la investigación teórica, podremos ser capaces de desentrañar aún más los misterios del mundo cuántico. Detrás de todo esto, ¿hay leyes físicas más profundas que esperan que las exploremos?
