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Francis VillatoroHéctor SocasJosé EdelsteinGastón Giribetestados majorana y estados andreevdistinción topológica estados majoranabraiding como señal característicaobservación braiding en nanohiloestados de mayorana conectadosmaterial superconductor forma letra hnanohilos y estados de mayoranabraiding con material superconductorentrelazado estados de majoranananohilos superconductor letra hbraiding intercambio nanohilo arriba abajoestados majorana en nanohiloscampo magnético longitudinal nanohiloefecto túnel campos eléctricospuntos cuánticos braiding estadosEstados de Mayoranaletra HFrancis VillatoroMaterial superconductorsuperconductor de tipo PKitáevsuperconductores tipo PEstados de MajoranaEstados de AndreevNanohiloBraidingpares de Coopersuperconductores de tipo SKitáezMicrosoftNatureQubitInAsgrados Kelvin
Braiding con material superconductor
Con
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Francis Villatoro explica cómo se pueden conectar estados de Majorana utilizando un material superconductor dispuesto en forma de letra 'H' entre dos nanohilos.
…nuevo artículo que confía en que el nuevo jefe del equipo que trabaja en esto Chita Nayak, que vaya por buen camino. Entonces nos encontramos con que es muy difícil distinguir estos estados de Majorana, estos modos cero de Majorana, de los estados de Andreev. ¿Cómo se pueden distinguir? Pues si unos estados son topológicos y los otros son no topológicos, se pueden distinguir topológicamente. O sea, la señal característica que dirá, ya sí, ya lo hemos visto, hemos observado los estados de Majorana en un nanohilo será observar un comportamiento topológico. Por desgracia eso no es nada trivial, es extremadamente difícil. El comportamiento topológico que esperamos encontrar es lo que se llama el braiding, lo que se llama el trenzado de. los estados Si yo tengo dos nanohilos, en los extremos de un nanohilo tengo dos estados de mayorana conectados, en el otro nanohilo tengo dos estados de mayorana conectados Si yo ahora en mitad de ese nanohilo pongo un material superconductor, el mismo material superconductor que forme, digamos, no dos cintas, sino una letra H Imaginaros una letra H en la que en mitad del nanohilo tengo material superconductor que conecta y los dos palitos del H En los extremos el nanohilo va en los palos largos del H Y tengo los estados de mayorana en los extremos del nanohilo Bien, pues para hacer el braiding lo ¿Qué yo tengo que hacer es un estado de uno de los extremos por situarnos? No vamos a poner el nanohilo en la H, la letra H puesta en horizontal y tengo en el nanohilo de arriba, izquierda, derecha y en el nanohilo de abajo, izquierda, derecha. Entonces el braiding consiste en intercambiar los derechas de arriba a abajo. Pero ¿cómo lo hago? Pues para hacer eso tengo que mover, eso se puede hacer con campos eléctricos y magnéticos. Estos nanohilos funcionan aplicando un campo magnético longitudinal a lo largo de la dirección del nanohilo y yo actúo sobre el nanohilo utilizando una serie de contactos que son con puntos cuánticos y mediante efecto túnel con campos eléctricos y con campos magnéticos transversales, tanto en dirección vertical como en dirección vertical en el mismo plano del nanohilo pero manteniendo siempre el campo magnético longitudinal a lo largo de la dirección del nanohilo. Entonces yo tengo esa H, los estados arriba y los estados abajo, y entonces lo que tengo. ¿Qué hacer es el de arriba derecha, por ejemplo, moverlo; lo puedo mover. Puedo hacer aplicaciones con campos eléctricos y magnéticos; puedo ir moviendo ese estado hasta que llegue a la barra central de la letra H, pasarlo al otro lado y continuar un poquito…
Significado #1 · Palabras #1
Francis Villatoro explica cómo los superconductores tipo P pueden comportarse como materiales topológicos y describe el modelo de juguete propuesto por Kitáev en 2001 para entender este fenómeno.
Habla: Francis VillatoroSignificado #15 · Palabras #4pares cooper en superconductores tipo sbosón de spin cero superconductor saluminio superconductor tipo spares cooper con spin arriba abajoestado de spin 1 superconductor psuperconductores tipo p materiales topológicosmodelo kitáev fermiones superconductor topológicotransición de fase estados superconductores…viene de un gran físico que acabará recibiendo el premio Nobel que se llama Kitáez, que construyó un modelo de juguete, un modelo muy sencillito, de una cadena de fermiones y en esa cadena de fermiones asumió que eran estados de un superconductor de tipo P. Los superconductores, los electrones se aparean; se llaman pares de Cooper, y como los electrones tienen spin, pues digamos, entre comillas, el spin para arriba, el spin para abajo, en la pareja de un par de Cooper, uno puede tener spin para arriba y el otro spin para abajo. Entonces, el estado, el par de Cooper se comporta como un bosón de spin cero; eso se llama un superconductor de tipo S. Esos son los superconductores originales: el aluminio que es un superconductor de tipo S, el mercurio, muchos materiales son superconductores de tipo S, pero también existen superconductores de tipo P. Los superconductores de tipo P en los pares de Cooper hay pares de Cooper de tres tipos: parece Cooper con los dos spins hacia arriba, con los dos spins hacia abajo y con un spin arriba y otro abajo. Es decir, es un estado de spin 1 que tiene tres estados: 1, 0 y menos 1. Entonces, este tipo de superconductores de tipo P, bajo ciertas circunstancias, se comportan como materiales topológicos; es decir, como un superconductor topológico. Y entonces lo que nos planteó Kitáev en el año 2001 es un modelo de juguete, pero de juguete unidimensional, de una cadena de fermiones en este tipo de material y lo que se observa en este modelo es que aparecen bajo ciertas circunstancias, cuando por supuesto baja mucho la temperatura, llega un momento en que hay una transición de fase a un estado en el que aparecen dos estados. Localizados en los extremos de esta cadena, es decir, en el primer fermión de la cadena y el último fermión de la cadena, aparecen dos estados que están exponencialmente decayentes. Son como los estados evanescentes en óptica. Esto lo hemos visto, yo qué sé,…
Francis Villatoro explica que las cuasipartículas de tipo Majorana son estados de masa efectiva cero, y para comprender mejor este fenómeno se debe recurrir a la estructura de bandas de un material superconductor topológico.
Habla: Francis VillatoroPalabras #3estados mayorana en superconductores topológicosestructura de bandas de materialespartículas masa cero física partículas…que no tiene nada que ver con las partículas de tipo Majorana. Es decir, no tiene nada que ver ni con los Majoranas como candidato a explicar el neutrino, ni los Majoranas en supersimetría, ni nada por el estilo porque es un estado de masa efectiva cero. ¿Una partícula de masa cero? Eso es una cosa. Desde el punto de vista de la física de partículas no tiene sentido, pero en materiales sí ocurre. Para entender bien ese material, lo suyo es recurrir a la estructura de bandas. Lo que tenemos es un material, un superconductor topológico, en el que tenemos una estructura de bandas. Recordar que la estructura de bandas es los niveles electrónicos en los átomos; cuando tengo muchos átomos todos iguales, pues dos niveles son muy parecidos pero no pueden coincidir, pues se ponen muy cercanos. Entonces yo tengo como bandas, la que tengo, yo…
Francis Villatoro explica cómo la estructura típica de un superconductor se relaciona con la óptica, describiendo la existencia de un salto de banda directo que involucra parábolas cóncavas y convexas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #11salto de banda directo superconductorparábola cóncava banda valenciaparábola convexa banda conducciónestructura típica superconductor óptica…suficiente energía para que los estados electrónicos en la banda de valencia puedan saltar a la banda de valencia y un semiconductor es cuando la distancia es pequeña y entonces hay una probabilidad y bajo ciertas circunstancias pues se producen esos saltos. Bien, la estructura típica de un superconductor, sobre todo en temas relacionados con óptica, es lo que se llama un salto de banda directo. Es decir, tengo como una parábola para la banda de Valencia y encima tengo una parábola invertida para la banda de conducción. La parábola de arriba es cóncava y la de abajo es convexa y tengo como dos montañitas, una montañita y un valle arriba y puedo pegar saltos en la zona. Más cercana, en ese ancho de banda ¿Qué pasa en ciertos materiales? En ciertos materiales el nivel de Fermi está justo en la mitad, el máximo de la parábola de abajo está por debajo del nivel de Fermi. El mínimo de la parábola por arriba está por encima del…
Francis Villatoro explica una solución para superar las dificultades del manejo de superconductores de tipo P, proponiendo la creación de un sistema que imita su comportamiento utilizando una cinta de superconductor de tipo S y un hilo aislante o semiconductor.
Habla: Francis VillatoroSignificado #3 · Palabras #7superconductores tipo p difíciles laboratoriodescubrimiento truco superconductor tipo smanipulación estados ligados computación cuánticasuperconductor tipo p y cinta snanómetros hilito aislante semiconductormodelo teórico superconductor topológicofabricación laboratorio 2008microsoft qubits tecnología superconductornanohilo arceniuro indio inasaluminio superconductor grado kelvinestados de mayorana nanohilo…conexión que tienen entre los dos. Eso se puede hacer con operadores cuánticos, básicamente aplicar campos magnéticos y polarizar con campos eléctricos y consigo hacer ese tipo de movimiento de estado. Y esa es la clave, digamos, de la computación cuántica. Claro, esto era todo con un superconductor de tipo P. Los superconductores de tipo P son muy difíciles de manejar en laboratorio, etc. Entonces, unos años más tarde, en 2008, se descubrió que hay un truco. Hay un truco absolutamente fascinante; y es que yo puedo utilizar un superconductor de tipo S. Pero en lugar de convertir en un hilito el superconductor de tipo P Yo puedo poner como una pequeña cinta de superconductor de tipo S y poner encima un hilito de un material que sea aislante, un semiconductor que sea aislante y si este hilito es suficientemente delgado, estamos hablando de pocos nanómetros, la cinta del superconductor abajo puede ser también un poquito más gordita, pueden ser como 60 nanómetros, consigo que, según los modelos teóricos, ese sistema se comporte de manera análoga al superconductor topológico de tipo P. Esto hizo que en 2008 se diera un salto de gigante porque ahora ya sí se podía fabricar fácilmente el laboratorio. Y eso hizo que en 2010 una gran compañía como Microsoft decidiera apostar por esta tecnología para construir qubits. Entonces, la idea es construir un pequeño nanohilo de un material semiconductor, en este caso es arceniuro de indio, InAs, sobre, en este caso es por debajo; cogen el nanohilo de arceniuro de indio y encima le ponen una pequeña cinta, una cosa delgadita, de aluminio. El aluminio es un superconductor, la temperatura crítica es del orden de un grado Kelvin. Todo esto funciona a milikelvins, o sea que a milikelvins no hay ningún tipo de duda de que el aluminio es un superconductor. En teoría, en los extremos de un nanohilo de ese tipo, que es una estructura, digamos, una heterostructura; tienes el hilito muy delgado del semiconductor y encima la pequeña cinta, es un material muy delgadito muy plano, con una pequeña cinta de aluminio. En teoría, en sus extremos aparecerían estados de mayorana. Entonces, eso se instrumentó en laboratorio; se le puso contacto en los extremos; se vio que al poner un contacto en el extremo se destruían estos estados, no aparecían.…
Francis Villatoro explica cómo se pueden conectar estados de Majorana utilizando un material superconductor dispuesto en forma de letra 'H' entre dos nanohilos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #1estados majorana y estados andreevdistinción topológica estados majoranabraiding como señal característicaobservación braiding en nanohiloestados de mayorana conectadosmaterial superconductor forma letra hnanohilos y estados de mayoranabraiding con material superconductorentrelazado estados de majoranananohilos superconductor letra hbraiding intercambio nanohilo arriba abajoestados majorana en nanohiloscampo magnético longitudinal nanohiloefecto túnel campos eléctricospuntos cuánticos braiding estados…nuevo artículo que confía en que el nuevo jefe del equipo que trabaja en esto Chita Nayak, que vaya por buen camino. Entonces nos encontramos con que es muy difícil distinguir estos estados de Majorana, estos modos cero de Majorana, de los estados de Andreev. ¿Cómo se pueden distinguir? Pues si unos estados son topológicos y los otros son no topológicos, se pueden distinguir topológicamente. O sea, la señal característica que dirá, ya sí, ya lo hemos visto, hemos observado los estados de Majorana en un nanohilo será observar un comportamiento topológico. Por desgracia eso no es nada trivial, es extremadamente difícil. El comportamiento topológico que esperamos encontrar es lo que se llama el braiding, lo que se llama el trenzado de. los estados Si yo tengo dos nanohilos, en los extremos de un nanohilo tengo dos estados de mayorana conectados, en el otro nanohilo tengo dos estados de mayorana conectados Si yo ahora en mitad de ese nanohilo pongo un material superconductor, el mismo material superconductor que forme, digamos, no dos cintas, sino una letra H Imaginaros una letra H en la que en mitad del nanohilo tengo material superconductor que conecta y los dos palitos del H En los extremos el nanohilo va en los palos largos del H Y tengo los estados de mayorana en los extremos del nanohilo Bien, pues para hacer el braiding lo ¿Qué yo tengo que hacer es un estado de uno de los extremos por situarnos? No vamos a poner el nanohilo en la H, la letra H puesta en horizontal y tengo en el nanohilo de arriba, izquierda, derecha y en el nanohilo de abajo, izquierda, derecha. Entonces el braiding consiste en intercambiar los derechas de arriba a abajo. Pero ¿cómo lo hago? Pues para hacer eso tengo que mover, eso se puede hacer con campos eléctricos y magnéticos. Estos nanohilos funcionan aplicando un campo magnético longitudinal a lo largo de la dirección del nanohilo y yo actúo sobre el nanohilo utilizando una serie de contactos que son con puntos cuánticos y mediante efecto túnel con campos eléctricos y con campos magnéticos transversales, tanto en dirección vertical como en dirección vertical en el mismo plano del nanohilo pero manteniendo siempre el campo magnético longitudinal a lo largo de la dirección del nanohilo. Entonces yo tengo esa H, los estados arriba y los estados abajo, y entonces lo que tengo. ¿Qué hacer es el de arriba derecha, por ejemplo, moverlo; lo puedo mover. Puedo hacer aplicaciones con campos eléctricos y magnéticos; puedo ir moviendo ese estado hasta que llegue a la barra central de la letra H, pasarlo al otro lado y continuar un poquito…
Francis Villatoro describe un paso adicional en el proceso de entrelazado de estados cuánticos, moviendo un estado derecho inferior para replicar un movimiento previo y completar el 'braiding'. Explica que este proceso simula el entrelazamiento de dos cuerdas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #6 · Palabras #16entrelazado estados cuánticosbraiding simula cuerdasmovimiento estado derecho inferiorintercambio extremos del braiding…al otro lado y continuar un poquito que se mueva hacia la izquierda y tengo que hacer todo esto manteniendo la ligadura no local entre ese estrado como extremo de un nanohilo virtual que ahora no es recto sino que está dando vuelta con el otro lado; ¿vale? Y ahora cojo el estado derecho de abajo y hago lo mismo, lo muevo, lo llevo por el palito del medio de la H y lo pongo donde estaba el otro estado, arriba derecha. Y ahora el que tengo aquí cercano a abajo izquierda lo muevo hasta ponerlo en abajo derecha y entonces es digamos trenzado; he hecho el braiding como si fueran dos cuerdecitas, tengo la cuerdecita arriba y abajo y al intercambiar los dos extremos de la derecha ha habido como una especie de enlazamiento. Demostrar eso será la prueba definitiva de que tienes estados de mayorana y eso nadie lo ha logrado probar nunca y el trabajo de la gente de Microsoft publicado en Nature y lo que parece que tienen y de lo que hablan es que eso lo intentarán algún día ni…
Francis Villatoro explica la diferencia entre un tetrón estándar (en forma de letra H) y un tetrón lineal, describiendo cómo este último se crea al romper la parte horizontal de la letra H y colocar el palote en medio de los nanohilos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #13tetrón estándar letra hnanohilos conectados superconductortetrón lineal nanohilo únicopalote de la h en medio…útil cuando alguien observe estados de mayorana Eso es lo que dice el artículo, ¿vale? Y le han obligado los revisores a decirlo, porque en la versión original del artículo lo que decían es Tenemos un qubit de tipo tetrón lineal, ¿qué es un tetrón lineal? Bueno, el tetrón estándar es la letra H Los dos nanohilos en paralelo conectados por un superconductor en medio Un tetron lineal son en una misma línea, en un mismo nanohilo, poner los dos nanohilos y en medio una pequeña región que hace del palote de la H Es como si rompiéramos la letra H y la parte de arriba, la H horizontal, la rompemos y entonces ponemos el palito del medio, lo ponemos debajo de uno de los palos largos y ponemos el otro palo largo justo debajo Imaginaros esa estructura, ¿no? Eso es lo que se llama un tetrón lineal ¿Qué ventaja tiene el tetrón lineal? Bueno, el gran problema que tenían los estados de Mayorana es que se pensaba que la razón por la cual no habían sido observados es porque todos los puntos cuánticos que se utilizan para explorar estos estados alteraban y…