A torção magnética: supercondutores híbridos revelam o potencial da computação quântica

Uma equipe internacional que inclui pesquisadores da Universidade de Würzburg conseguiu criar um estado especial de supercondutividade. Esta descoberta pode avançar no desenvolvimento de computadores quânticos.

Supercondutores são materiais que podem conduzir eletricidade sem resistência elétrica – o que os torna o material de base ideal para componentes eletrônicos em máquinas de ressonância magnética, trens de levitação magnética e até mesmo aceleradores de partículas. No entanto, os supercondutores convencionais são facilmente perturbados pelo magnetismo. Um grupo internacional de pesquisadores conseguiu agora construir um dispositivo híbrido que consiste em um supercondutor próximo estável aprimorado por magnetismo e cuja função pode ser controlada especificamente.

Eles combinaram o supercondutor com um material semicondutor especial conhecido como isolante topológico. “Isoladores topológicos são materiais que conduzem eletricidade em sua superfície, mas não em seu interior. Isto se deve à sua estrutura topológica única, ou seja, ao arranjo especial dos elétrons”, explica o professor Charles Gould, físico do Instituto de Isoladores Topológicos da Universidade de Würzburg (JMU). “O interessante é que podemos equipar isoladores topológicos com átomos magnéticos para que possam ser controlados por um ímã.”

Os supercondutores e isoladores topológicos foram acoplados para formar a chamada junção Josephson, uma conexão entre dois supercondutores separados por uma fina camada de material não supercondutor. “Isso nos permitiu combinar as propriedades da supercondutividade e

” dados-gt-translate-attributes=”[{[“atributo”:”data-cmtooltip”, “formatar”:”HTML”]” tabindex=”0″ role=”link”>semicondutores”, diz Gould. “Assim combinamos as vantagens de um supercondutor com a controlabilidade do isolador topológico. Usando um campo magnético externo, podemos agora controlar com precisão as propriedades supercondutoras. Este é um verdadeiro avanço na física quântica!”

Supercondutividade encontra magnetismo

A combinação especial cria um estado exótico em que a supercondutividade e o magnetismo são combinados – normalmente são fenómenos opostos que raramente coexistem. Isso é conhecido como estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) induzido por proximidade. O novo “supercondutor com função de controle” pode ser importante para aplicações práticas, como o desenvolvimento de computadores quânticos. Ao contrário dos computadores convencionais, os computadores quânticos não são baseados em bits, mas em bits quânticos (qubits), que podem assumir não apenas dois, mas vários estados simultaneamente.

“O problema é que os bits quânticos são atualmente muito instáveis ​​porque são extremamente sensíveis a influências externas, como campos elétricos ou magnéticos”, diz o físico Gould. “Nossa descoberta pode ajudar a estabilizar bits quânticos para que possam ser usados ​​em computadores quânticos no futuro.”

Equipe Internacional de Pesquisa Quântica

A pesquisa experimental foi realizada por uma equipe da Cátedra de Física Experimental III do Professor Laurens W. Molenkamp em Würzburg. Foi realizado em estreita colaboração com especialistas teóricos do grupo do Professor F. Sebastian Bergeret do Centro de Física de Materiais (CFM) em San Sebastian, Espanha, e do Professor Teun M. Klapwijk da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda.

Referência: “Supercorrente magneticamente sintonizável em junções Josephson baseadas em isolante topológico magnético diluído” por Pankaj Mandal, Soumi Mondal, Martin P. Stehno, Stefan Ilić, F. Sebastian Bergeret, Teun M. Klapwijk, Charles Gould e Laurens W. Molenkamp, ​​1 abril de 2024, DOI: 10.1038/s41567-024-02477-1