Al intercambiar un material clásico por uno con propiedades cuánticas únicas, los científicos han creado un circuito superconductor que es capaz de realizar hazañas que durante mucho tiempo se creyeron imposibles.
El descubrimiento, realizado por investigadores de Alemania, los Países Bajos y los EE. UU., anula un siglo de pensamiento sobre la naturaleza de los circuitos superconductores y cómo sus corrientes pueden ser domesticadas y puestas en uso práctico.
Los circuitos de alta velocidad y bajo desperdicio basados en la física de la superconductividad presentan una oportunidad de oro para llevar la tecnología de supercomputación a un nivel completamente nuevo.
Desafortunadamente, las características que hacen que esta forma de corriente eléctrica sin esfuerzo sea tan útil también crean desafíos interminables en el diseño de versiones superconductoras de componentes eléctricos comunes.
Tome algo tan simple como un diodo, por ejemplo. Esta unidad básica de la electrónica es como una señal unidireccional para las corrientes, proporcionando un medio para regular, convertir y sintonizar los movimientos de los electrones.
En los materiales superconductores, la identidad de esos electrones individuales se desdibuja, dando lugar a compañeros llamados pares de cobredando a cada partícula de la asociación la capacidad de evitar los empujones que consumen energía de una corriente eléctrica más típica.
Pero sin las leyes habituales de resistencia en funcionamiento, los científicos no han podido hacer que los electrones superconductores viajen en una sola dirección, ya que siempre demuestran lo que se denomina comportamiento ‘recíproco’.
Esta suposición fundamental, que la superconductividad no puede violar la reciprocidad (al menos no sin la manipulación del campo magnético), ha persistido desde el comienzo del estudio en el área.
Francamente, es un obstáculo del que los ingenieros podrían prescindir.
“En los años 70, los científicos de IBM probaron la idea de la computación superconductora, pero tuvieron que detener sus esfuerzos: en sus artículos sobre el tema, IBM menciona que sin superconductividad no recíproca, una computadora que funcione con superconductores es imposible”, explican los investigadores. en un Comunicado de prensa en su nuevo estudio.
Es posible que ahora sea necesario revisar esos esfuerzos, a raíz de un experimento que muestra un tipo de unión con un componente cuántico que es capaz de dirigir incluso pares de Cooper por una calle de un solo sentido.
cruces Josephson son tiras delgadas de material no superconductor que separan un par de materiales que son superconductores. Si el material es lo suficientemente delgado, los electrones pueden pasar a través de ellos sin preocuparse por nada.
Por debajo de cierto nivel, esta ‘supercorriente’ no tiene voltaje. En un punto crítico, surge un voltaje que oscila rápidamente en ondas que se pueden usar en aplicaciones como computadoras cuánticas.
Asegurar que esta corriente solo vaya en una dirección ha sido posible anteriormente a través de un campo magnético externo. Pero el equipo descubrió que si usaban una red 2D basada en el niobio metálico, podían deshacerse del campo y confiar únicamente en las propiedades cuánticas del material.
“Pudimos despegar solo un par de capas atómicas de este Nb3hermano8 y hacer un sándwich muy, muy delgado, de unas pocas capas atómicas de espesor, que se necesitaba para fabricar el diodo Josephson y no era posible con los materiales 3D normales”. dice el investigador principal Mazhar Ali, físico de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.
El equipo confía en que han marcado todas las casillas necesarias para presentar un caso sólido para su descubrimiento. Aún así, queda un largo camino por recorrer antes de que veamos superconductores en el corazón de la informática de próxima generación.
Por un lado, el fenómeno de la superconductividad ocurre típicamente en materiales enfriados justo por encima del cero absoluto.
Algunos materiales superconductores pueden lidiar con el calor, pero solo si se colocan bajo una cantidad increíble de presión.
Aprender cómo las uniones de Josephson basadas en estas nuevas barreras cuánticas funcionan bajo temperaturas y presiones más altas podría cambiar las reglas del juego, reduciendo la cantidad de equipo necesario para supercomputadoras increíblemente eficientes, como nunca antes se había visto en el mundo.
“Esto influirá en todo tipo de aplicaciones sociales y tecnológicas”. dice Alí.
“Si el siglo XX fue el siglo de los semiconductores, el XXI puede convertirse en el siglo de los superconductores”.
Esta investigación fue publicada en Naturaleza.