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3 de Agosto de 2020
Tecnología cuántica

Construyen una batería cuántica que hasta ahora solo existía en la teoría

El componente podría desempeñar un papel clave en diversos dispositivos cuánticos.

Un patrón de voltaje basado en 3020 uniones de Josephson superconductoras que actúan a las temperaturas del helio líquido. Ahora se ha construido una batería cuántica basada en una unión de Josephson [NIST].

Científicos italianos y españoles, del Centro Mixto de Física de Materiales y del Departamento de Física de Materiales de la Universidad del País Vasco, ambos en Donosti, presentaron en junio un componente que hasta ahora solo existía como predicción, y que podría ser fundamental para futuros ordenadores cuánticos. Este genera una diferencia de fase persistente entre dos puntos de un circuito de corriente superconductor, tal y como una batería clásica genera una diferencia de voltaje en un circuito de corriente ordinario. En ambos casos, ello resulta en la circulación de una corriente.

Francesco Giazotto, de la Empresa Nacional de Nanociencia y Nanotecnología (NEST), en Pisa, y sus colaboradores han convertido en realidad esta tecnología, predicha en 2014. Como cuentan en Nature Nanotechnology, la batería consiste en un nanohilo del semiconductor arseniuro de indio (InAs) conectado a contactos superconductores de aluminio. Una unión de ese tipo recibe el nombre de unión de Josephson, y actúa conforme al llamado efecto Josephson, que consiste en el paso de una corriente sin fricciones a través de una conexión no superconductora entre dos superconductores. Para que ello ocurra debe haber una diferencia de fase entre las funciones de onda de los dos superconductores. Pero si la unión forma parte de un circuito cerrado no habrá en principio esa diferencia de fase y, por cinsiguiente, no producirá corriente alguna.

La batería de fase cuántica se basa en la generación de un cambio de fase persistente y de ahí, a la producción de una supercorriente, tal y como la batería clásica crea químicamente una diferencia de potencial entre sus bornes que resulta en el paso de una corriente a través del circuito al que esté conectada; a esta forma del efecto Josephson se le llama efecto Josephson anómalo. La asimetría se basa en efectos cuánticos relacionados con los espines del material de la unión y la acción de un campo magnético externo en ellos. La modulación de dicho campo permite controlar la corriente generada.

Giazotto y sus colaboradores piensan que la batería de fase cuántica podría ser un componente clave en distintos dispositivos cuánticos, por ejemplo en un tipo de qubit, el elemento básico de la computación cuántica, llamado qubit híbrido, o también en la sintonización de flujos superconductores, en las memorias cuánticas o en una forma de electrónica superconductora llamada topológica.

El equipo de Giazotto quiere ahora desarrollar el componente que han creado de modo que sea posible llegar a fabricarlo masivamente. Antes, sin embargo, será necesario controlar mejor la densidad de espines del material de la unión.

Lars Fischer

Referencia: «A Josephson phase battery», de Elia Strambini et al., en Nature Nanotechnology (2020); puede leerse también su prepublicación, arXiv:2001.03393 [cond-mat.mes-hall].

La parte activa del dispositivo, con dos uniones de Josephson, en una imagen de microscopio electrónico de barrido [Giazotto, NEST]

Lars Fischer

Referencia: «A Josephson phase battery», de Elia Strambini et al., en Nature Nanotechnology (2020); puede leerse también su prepublicación, arXiv:2001.03393 [cond-mat.mes-hall].

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