Los 'impostores' de las partículas de Majorana que ha descubierto el CSIC, claves para la computación cuántica

Las partículas de Majorana son viejas conocidas para todos los expertos en mecánica cuántica y, especialmente, en su vertiente computacional. Se trata de unas partículas físicas especialmente resilientes a perturbaciones externas (decoherencia cuántica), capaces de ocultar información mediante su codificación de forma no local en el espacio. 

En otras palabras: son las piezas que faltan para poder conseguir una computación cuántica más robusta que la actual. Anticipadas por Ettore Majorana en 1937, estas partículas son pura teoría, ya que no hay consenso sobre si estas partículas teóricas se han podido detectar en experimentos.

Por eso es sumamente relevante el avance conseguido por un grupo de investigadores españoles, quienes han descubierto ni más ni menos que unas partículas físicas que se hacen pasar por las antes mencionadas de Majorana. El trabajo, publicado en Nature, corre a cargo de científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2-CSIC-GENCAT) en colaboración con el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA).

En el artículo, los expertos arrojan más luz sobre el misterio de las partículas de Majorana. Por primera vez, dos técnicas experimentales bien establecidas se aplicaron simultáneamente al mismo dispositivo superconductor. Los autores encontraron que los estados observados que parecen demostrar la detección de partículas de Majorana con una técnica (espectroscopía de Coulomb) son inconsistentes con los datos obtenidos con la segunda técnica (espectroscopía de túnel), en los que no se observa la señal esperada.

Esta aparente contradicción experimental se explica a través de los cálculos teóricos y demuestra que las partículas observadas no son estados de Majorana.

“Las observaciones son similares al escenario metafórico del Bar de Majorana”, explican los investigadores. “En su búsqueda de la famosa estrella de rock Majorana, un científico entra en un bar de partículas y ve sobre el escenario a una partícula que actúa como si fuera Majorana: viste como ella y canta a la perfección la canción de Majorana, por lo que todos sus fans están convencidos de estar frente a su estrella. Sin embargo, tan pronto como se abre la puerta trasera, todas las partículas del lugar se van, incluida la supuesta estrella de rock, algo impensable si hubiese sido el verdadero Majorana. Entonces, ¿era realmente quien parecía?”, señalan los científicos. “En realidad no”, añade este equipo de investigadores.

“Eso es precisamente lo que hace especial al Majorana. Al igual que en la metáfora del Bar de Majorana una auténtica estrella de rock no abandonaría el escenario ni siquiera si el público comenzara a irse a mitad del concierto, el verdadero Majorana permanecería anclado al nanodispositivo en virtud de un profundo principio matemático llamado protección topológica. Esto ocurre incluso si hay circunstancias que permitan que los electrones convencionales sí se escapen mediante efecto túnel”, afirman.

Un tipo distinto de 'cuasi-partícula'

El objetivo del trabajo era detectar la presencia de cierta variante de partículas de Majorana. “En nuestras condiciones experimentales, las puertas no son más que barreras de efecto túnel en las que los electrones entran y salen. Hay una puerta de drenaje y una puerta de fuente. Visto desde la perspectiva combinada de las dos metodologías, nuestro impostor resulta ser un tipo distinto de cuasi-partícula”, señalan. “Estas son cuasi-partículas superconductoras interesantes, pero no son partículas de Majorana”, continúan los científicos.

Los hallazgos destacan el hecho de que estos impostores de partículas de Majorana pueden existir en muchos tipos diferentes de dispositivos y pueden engañar a diferentes estrategias de medición. Es la combinación de dos formas distintas de medir lo que ha revelado al impostor a través de una aparente paradoja.

Este enfoque podría reducir drásticamente las ambigüedades de interpretación en los experimentos, algo que se debate desde hace casi una década.

“Aunque parezca un resultado negativo, es muy importante entender la física fundamental que rige estos dispositivos superconductores. Nuestro trabajo acota bastante las posibilidades de falsos positivos en la búsqueda del escurridizo Majorana. Hemos dado un paso más hacia su detección y la explotación futura de todo su poder en computación cuántica”, concluyen los investigadores.