Un equipo de físicos del MIT ha observado un estado electrónico exótico en el grafeno, un material que conocemos bien por su resistencia, flexibilidad y conductividad eléctrica, y del que he hablado tanto que desde hace años tiene su categoría propia aquí en WWWhatsnew. Esta nueva observación podría tener implicaciones significativas para el desarrollo de computadoras cuánticas más robustas y tolerantes a fallos.
El fenómeno en cuestión es la carga fraccional de los electrones, un concepto que desafía nuestra comprensión tradicional de la electricidad. En la mayoría de los materiales, los electrones portan una carga negativa completa, pero en estados de la materia muy especiales, estos pueden comportarse como si solo llevaran una fracción de esa carga. Este efecto, conocido como el efecto Hall cuántico fraccional, ha sido observado anteriormente, pero requería de campos magnéticos extremadamente altos para su detección.
La novedad de este estudio radica en la observación de este efecto en el grafeno sin la necesidad de aplicar dichos campos magnéticos. Al apilar cinco capas de grafeno, los investigadores han creado una estructura que permite a los electrones pasar como fracciones de su carga total de forma natural. Este hallazgo es el primer indicio del efecto Hall cuántico anómalo fraccional en el grafeno cristalino, lo que abre nuevas vías para el estudio fundamental de la física y podría facilitar el desarrollo de computación cuántica topológica, una forma más segura de computación cuántica.
La singularidad del grafeno
El grafeno, compuesto por una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una estructura hexagonal, ha sido objeto de fascinación en la comunidad científica por sus excepcionales propiedades. Lo que hace aún más interesante a este descubrimiento es que el grafeno no se consideraba un candidato para exhibir el efecto de carga fraccional sin la presencia de un campo magnético. Sin embargo, al alinear estructuralmente cinco capas de grafeno con nitruro de boro hexagonal (hBN), se formó una superrejilla de moiré que imita las condiciones necesarias para ralentizar los electrones, permitiendo su interacción y el surgimiento del efecto observado.
Implicaciones para la computación cuántica
La posibilidad de generar estados electrónicos exóticos en el grafeno sin campos magnéticos externos sugiere un camino prometedor hacia la computación cuántica más estable y menos susceptible a perturbaciones. Tradicionalmente, el uso de campos magnéticos fuertes para alcanzar la carga fraccional presentaba un desafío significativo, ya que dichos campos pueden interferir con otros componentes cruciales de los sistemas de computación cuántica, como los superconductores. La investigación del MIT muestra que el grafeno no solo puede facilitar la observación de cargas fraccionales sino también coexistir con estados superconductores, lo que podría permitir la creación de qubits más robustos para la computación cuántica.
La idea de que un material tan simple y abundante como el grafeno pueda albergar secretos tan fundamentales para el avance de la tecnología es, sin duda, motivo de asombro. Este descubrimiento no solo desafía nuestra comprensión de la física de los materiales sino que también nos acerca a la realización de computadoras cuánticas más prácticas y accesibles. Es un testimonio de la importancia de la investigación básica y cómo, a veces, los materiales más inesperados pueden llevarnos a los avances más significativos.