La interfaz entre dos materiales «imposibles» que se encuentran en la escala atómica genera una nueva área exótica para la mecánica cuántica, la ciencia del movimiento y la interacción de partículas subatómicas, entre otros fenómenos relacionados. La combinación de estos materiales en una estructura exótica ofrece nuevas posibilidades para ordenadores cuánticos y sensores.
Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Rutgers-New Brunswick, en Estados Unidos, ha fusionado dos materiales sintetizados en laboratorio en una estructura cuántica sintética, que alguna vez se consideró imposible de existir. La combinación produjo una estructura exótica, que podría conducir al desarrollo de nuevos materiales cruciales para el avance de la computación cuántica.
Durante cuatro años de trabajo intensivo, el equipo liderado por el profesor Jak Chakhalian desarrolló una estructura “imposible”, un sándwich de capas atómicas que combina titanato de disprosio e iridato de pirocloro, dos materiales cuyas propiedades exceden las capacidades tradicionales de fabricación y desafían los comportamientos esperados en la física cuántica.
De acuerdo a una nota de prensa, este nuevo método ofrece un enfoque revolucionario para la generación de estructuras estables y complejas, capaces de impulsar el futuro de los ordenadores cuánticos y el desarrollo de sensores avanzados.
Fenómenos cuánticos «imposibles»
La innovación se centra en el uso de la Plataforma de Descubrimiento de Fenómenos Cuántios, conocida como Q-DiP, creada en 2023. Según informa The Debrief, este instrumento utiliza dos rayos láser en tándem, uno para calentar y otro para construir materiales a nivel atómico. La dinámica lograda permite trabajar a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Dicha capacidad resulta fundamental para explorar y controlar la formación de la estructura «imposible», donde la interfaz entre los materiales utilizados representa una nueva área exótica de la mecánica cuántica. En este entorno, se estudian fenómenos complejos como la superposición cuántica, esencial para que los cúbits, la base de la computación cuántica, puedan existir en múltiples estados simultáneamente, permitiendo cálculos altamente sofisticados y eficientes.
El titanato de disprosio, conocido también como “hielo de espín”, se destaca por sus propiedades magnéticas excepcionales. Este material facilita la generación de monopolos magnéticos, partículas predichas teóricamente por Paul Dirac en 1931 y que se caracterizan por poseer un único polo magnético, en lugar del habitual par de polos.
La aparición de estos monopolos abre la posibilidad para controlar y manipular interacciones cuánticas en sistemas complejos, contribuyendo al desarrollo de tecnologías de atrapamiento de radiación en reactores nucleares, entre otras aplicaciones.
Nuevas fronteras en materiales y ordenadores cuánticos
Por otro lado, el iridato de pirocloro es un semimetal magnético con propiedades electrónicas, topológicas y magnéticas inusuales. Este material se ha empleado en la investigación experimental por su capacidad para exhibir comportamientos extraordinarios, como la existencia de fermiones de Weyl, partículas que se mueven a velocidades comparables a la luz. Estas cualidades resultan vitales para la implementación de dispositivos cuánticos.
Los resultados de esta investigación ofrecen una nueva forma de diseñar materiales cuánticos bidimensionales artificiales. Según Chakhalian, el trabajo abre nuevos horizontes para el desarrollo de tecnologías emergentes en computación cuántica y dispositivos espintrónicos.
Aunque la computación cuántica aún se encuentra en una etapa incipiente, este tipo de innovaciones representan un paso fundamental que podría transformar la forma en que se procesan grandes volúmenes de información, marcando además un hito en la ciencia de los materiales y en la exploración de fenómenos cuánticos.