Hacia la computación cuántica topológica gracias a los fermiones de Majorana

Fuente:Francis (th)E Mule

Leo Kouwenhoven y su nanohilo de InSb conectado a una fuente, un drenador y cinco puertas.

Lo que sube cae, lo que se excita decae. Un cubit ideal tiene que luchar contra la decoherencia cuántica, lo que es casi imposible si es una superposición cuántica de un estado fundamental y un estado excitado, pues dicho estado excitado tiende a decaer al fundamental. ¿Cómo evitarlo? Construyendo el cubit utilizando una superposición cuántica de dos estados fundamentales, lo que requiere un sistema cuántico cuyo estado fundamental esté degenerado. Igual que un topólogo no distingue entre la taza de café y el dónut, pues ambos tienen un solo agujero, la computación cuántica topológica propone implementar cubits utilizando sistemas cuyo estado fundamental está degenerado y presentan un invariante topológico con al menos dos estados discretos, los valores clásicos del cubit. En teoría el efecto de la decoherencia cuántica sobre estos cubits topológicos es despreciable, pues no puede alterar su invariante topológico, lo que permite que se comporten como cubits ideales durante un tiempo largo. ¿Pero cómo fabricar un cubit topológico ideal? Hay varias propuestas, pero la más prometedora es utilizar las propiedades de los fermiones de Majorana, que pueden formar parejas (que se comportan como fermiones de Dirac y tienen un invariante topológico natural). Muchos grupos de investigación en física del estado sólido están luchando en un carrera de obstáculos con objeto de ser los primeros en fabricar un sistema con estas características, con objeto de lograr el tan ansiado Premio Nobel de Física, como nos contaron Robert F. Service, “Search for Majorana Fermions Nearing Success at Last?,” Science 332: 193-195, 8 April 2011, y Barbara Goss Levi, “The expanding search for Majorana particles,” Physics Today 64: 20, March 2011. ¿Qué grupo será el vencedor de la carrera?
Leo Kouwenhoven (Instituto Kavli de Nanociencia, Delft, Holanda) ha afirmado el 28 de febrero que él es el ganador de la carrera, el primero en lograr observar fermiones de Majorana (en su caso en un nanohilo de antimoniuro de indio). Lo ha afirmado en una charla en la Reunión de Marzo de la APS (American Physical Society), en Boston, Massachusetts, y nos lo ha contado Eugenie Samuel Reich ,”Quest for quirky quantum particles may have struck gold. Evidence for elusive Majorana fermions raises possibilities for quantum computers,” Nature News, 28 February 2012 [Kanijo la ha traducido en "La búsqueda de unas extrañas partículas cuánticas puede haber encontrado oro," Ciencia Kanija, 29 feb. 2012]. Como todavía no se ha publicado el artículo técnico correspondiente (seguramente habrá sido enviado a Nature o Science y estará en proceso de revisión), aún no podemos asegurar que Kouwnhoven y su grupo hayan sido los ganadores. Pero los asistentes a su charla han quedado convencidos, como “Jay Sau, físico de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts que dice que cree que es el experimento más prometedor hasta el momento y será difícil oponerse a que son fermiones de Majorana.”

¿Servirán los fermiones de Majorana de Delft para diseñar un cubit topológico? Por lo que parece en la charla de Kouwenhoven no se ha aclarado este punto y no se sabe si sus femiones de Majorana tendrán una vida media suficientemente larga como para poder fabricar con ellos cubits. Aún así, Reich califica de impresionante el logro del grupo de Delft de física del estado sólido. No quiero pecar de abogado del diablo, pero hasta que no se publique el artículo técnico y se conozcan los detalles, debemos ser cautos y pensar que quizás estemos, de nuevo, ante otra falsa alarma. Ya os contaré…