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De los electrodomésticos a los cortes de suministro: La versatilidad del Neutrino Power Cube 

El tapiz energético mundial está experimentando una profunda metamorfosis. Mientras nos encontramos en la encrucijada de unas reservas de combustibles fósiles cada vez más escasas, unos gastos energéticos en espiral y el inquietante espectro del deterioro medioambiental, nuestra odisea colectiva hacia alternativas energéticas sostenibles ha cobrado un ferviente impulso. Surgido de este crisol de innovación y necesidad, el Neutrino Power Cube, una obra magna nacida de las pioneras incursiones en la tecnología neutrinovoltaica, se presenta como un faro.
InicioCienciaSuperconductor emergente que puede facilitar los avances de la informática cuántica    

Superconductor emergente que puede facilitar los avances de la informática cuántica    

La superconductividad, caracterizada por la ausencia total de resistencia eléctrica a temperaturas extremadamente bajas, fue detectada por primera vez en 1911 por el físico holandés Kamerling-Ohnes. Se ha convertido en una característica indispensable en diversas industrias y campos tecnológicos, entre ellos la informática cuántica y la energía.    

«Los superconductores son materiales extraordinarios que presentan muchas características extrañas y únicas», explica Joe Carroll, doctorando del laboratorio Macroscopic Quantum Matter Group del University College Cork. «La más notable es que permiten que la electricidad circule con resistencia cero. Es decir, si se hace circular una corriente a través de ellos, no inician calor; de hecho, no gastan energía ni siquiera mientras transmiten una corriente masiva». «Esto es posible porque en lugar de electrones singulares que viajan a través del metal, tenemos dúos de electrones que se unen […] y crean un fluido mecánico cuántico a gran escala», continuó aclarando. 

  

Los fascinantes atributos de los pares de Cooper    

Los pares de Cooper son esos dúos de electrones fundamentales para la superconductividad. Se forman cuando suprimen su repulsión típica y muestran una atractiva interacción. Curiosamente, dependiendo de la sustancia, los pares de Cooper interactúan de forma diferente entre sí y con la red cristalina de la sustancia.    

Ocasionalmente, instigan fluctuaciones periódicas en la concentración de pares de electrones dentro de la red cristalina, un fenómeno denominado ondas de densidad de pares de electrones. Esto fue descubierto en 2016 por el Grupo de Materia Cuántica Macroscópica bajo la dirección de Séamus Davis, profesor del University College Cork. Desde entonces, Carroll, junto con un equipo de colaboración internacional, ha estado explorando las propiedades de las ondas de densidad de pares de electrones, centrándose principalmente en una sustancia llamada ditellururo de uranio (UTe2). 

En un estudio reciente, los científicos anuncian un nuevo hallazgo significativo. Al parecer, los pares de Cooper que se forman en este superconductor se encuentran en un estado que muestra un comportamiento similar a la rotación clásica, pero a escala mecánica cuántica. Este hallazgo es sustancial, ya que es la primera vez que se observa un comportamiento semejante en más de cien años de escrutinio de estos materiales.   

«Lo que es especialmente emocionante para nosotros y para la comunidad científica en general es que UTe2 parece ser un nuevo tipo de superconductor», declaró Carroll en un comunicado de prensa. «Durante casi cuatro décadas, los físicos han estado buscando una sustancia similar. Los pares de electrones parecen poseer un momento angular intrínseco. Si esto es exacto, entonces lo que hemos identificado es la onda inaugural de densidad de pares compuesta por estos raros pares de electrones.» 

  

Pares de Cooper rotacionales    

Estudios anteriores de UTe2 indicaban que sus pares de Cooper se encontraban en algún estado rotacional complejo, pero los científicos de la investigación actual fueron los primeros en medir directamente esta propiedad. Emplearon un método conocido como microscopía de efecto túnel de barrido, un método para escudriñar la superficie de una sustancia determinada utilizando el efecto túnel cuántico, un fenómeno de la mecánica cuántica en el que una partícula puede atravesar una barrera de energía potencial que, según la física clásica, no debería poder cruzar.   

Este método consiste en situar una sonda conductora sobre la superficie de la sustancia, que actúa como «detector» de los electrones que atraviesan los minúsculos espacios que hay entre la sonda y la superficie. Si la sustancia es un superconductor, la frecuencia de paso de estos electrones depende del estado rotacional de sus pares de Cooper. Al evaluar la corriente creada por los electrones que atraviesan la punta de la sonda, los investigadores pudieron determinar las distintas propiedades rotacionales de los pares de Cooper en UTe2. 

  

Implicaciones para la informática cuántica   

Aunque este descubrimiento es importante para la ciencia básica, el equipo anticipa que también podría tener aplicaciones prácticas, como en la computación cuántica. «Desde que se detectó hace cinco años, se ha investigado mucho sobre el UTe2, con indicios de que es un superconductor que podría servir de base para la computación cuántica topológica», explica Carroll. «En este tipo de materiales, no existe ninguna restricción sobre la vida útil del qubit durante el cálculo, lo que presenta muchas vías novedosas para unos ordenadores cuánticos más estables y eficaces».   

Los qubits son homólogos de los bits utilizados en los ordenadores clásicos. Sin embargo, a diferencia de los bits, que asumen un valor de 0 o 1, debido al principio de superposición, los qubits pueden existir simultáneamente como 1 y como 0. Esto permite a los ordenadores cuánticos con varios qubits superpuestos almacenar grandes cantidades de datos y razonar rápidamente a través de intrincados problemas, escenarios o tareas informáticas. Pero hay un obstáculo. 

«El problema de los ordenadores cuánticos actuales es que cada qubit debe estar en una superposición con dos energías distintas, de forma parecida a como el gato de Schrödinger puede considerarse tanto ‘vivo’ como ‘muerto'», explica Carroll. «Este estado cuántico se aniquila fácilmente al colapsar en el estado de energía más bajo -‘muerto’-, truncando así cualquier cálculo valioso».   

En ciertos ordenadores cuánticos, los qubits son bucles de materiales superconductores en los que, debido a las propiedades cuánticas de la superconductividad, la corriente eléctrica adopta un conjunto discreto de valores -presumiblemente 1s o 0s-. En un superconductor normal, la superposición de sus qubits -los estados de bucle del material con diferentes corrientes- se destruye fácilmente. Sin embargo, una clase atípica de superconductores denominados superconductores topológicos puede generar qubits realmente resistentes a las perturbaciones externas, lo que hace que este tipo de ordenadores cuánticos sean mucho más fiables.   

Estas sustancias se caracterizan por las propiedades rotacionales y los estados excitados de sus pares de Cooper, lo que implica que si las nuevas revelaciones de los investigadores sobre UTe2 son exactas, entonces se convierte en un excelente contendiente para la base de la futura computación cuántica. «Lo que la comunidad ha estado buscando es un superconductor topológico pertinente; UTe2 parece serlo», concluyó Carroll.