Recientemente, un equipo de investigadores ha ampliado lo que se conoce como el «zoológico cuántico», al descubrir más de una docena de nuevos estados cuánticos en un estudio publicado el pasado 3 de abril en la revista Nature. Estos estados, que emergen en muestras de diseleniuro de molibdeno retorcido, representan avances significativos en la comprensión de la materia cuántica y sus fenómenos asociados.
El autor principal del estudio, Xiaoyang Zhu, profesor de Nanociencia en la Universidad de Columbia, destacó que «algunos de estos estados nunca se habían observado antes», lo que subraya la naturaleza sorprendente y aún inexplorada de la física cuántica. Entre estos nuevos estados se encuentran aquellos que podrían ser utilizados teóricamente en la creación de lo que se denomina un ordenador cuántico topológico. Esta nueva generación de ordenadores cuánticos promete propiedades únicas que los harían menos susceptibles a errores, un problema que ha limitado el desarrollo de los sistemas cuánticos actuales basados en materiales superconductores.
Un avance sin necesidad de imanes externos
Tradicionalmente, los materiales superconductores requieren la presencia de imanes para generar los estados topológicos necesarios. Sin embargo, el hallazgo del equipo de Zhu permite la creación de estos estados sin la necesidad de un imán externo, gracias a las propiedades especiales del diseleniuro de molibdeno retorcido.
Los nuevos estados descubiertos están relacionados con el efecto Hall fraccionario, un fenómeno cuántico en el que los electrones, al ser expuestos a un campo magnético, se agrupan en los bordes de un material. A temperaturas ultrabajas y en un entorno bidimensional, este efecto se manifiesta en escalones de voltaje que no son proporcionales al campo magnético aplicado, sino que muestran una cuantización que se relaciona con la carga del electrón.
La existencia de estas «cargas fraccionarias» ha sido un área de investigación activa durante décadas. En 2023, un avance clave fue el descubrimiento de un efecto Hall fraccionario anómalo en capas de diseleniuro de molibdeno retorcido, lo que abre nuevas vías para la investigación en este campo. Gracias a la técnica de espectroscopía de bomba-sonda, el equipo de investigación pudo identificar varios estados cuánticos que presentan cargas que son fracciones de la carga del electrón, incluyendo configuraciones teóricas necesarias para el desarrollo de ordenadores cuánticos topológicos.
El trabajo del equipo de la Universidad de Columbia no solo amplía el repertorio de estados cuánticos conocidos, sino que también establece un nuevo estándar en la detección de estos estados a través de técnicas avanzadas. Según Zhu, «hemos entrado en una nueva dimensión en la exploración de la correlación y la topología en el estado fundamental», lo que indica un futuro prometedor para la investigación cuántica.
Con la identificación de estos nuevos estados, el campo de la física cuántica se encuentra en un punto de inflexión, y se espera que inspire a otros investigadores a profundizar en este fascinante zoológico cuántico.
