Pesquisa Revela Estratégias para Implementar Estados de Majorana na Computação Quântica

Mistério dos Férmions de Majorana e o Futuro da Computação Quântica

Em 27 de março de 1938, o físico italiano Ettore Majorana desapareceu sem deixar rastro. Considerado um gênio por sua contemporaneidade com Enrico Fermi, Majorana publicou em 1937 o artigo “Teoria simetrica dell’elettrone e del positrone”, que introduziu a ideia dos férmions de Majorana, partículas que seriam idênticas a suas antipartículas. Embora inicialmente considerada pouco prática, essa descoberta ganhou relevância décadas depois, especialmente na física da matéria condensada.

Relevância dos Férmions de Majorana

A ideia dos férmions de Majorana se tornou central na pesquisa em computação quântica topológica. Esses estados quânticos não convencionais, que podem emergir em materiais como supercondutores, têm o potencial de criar qubits topológicos, uma nova arquitetura prometendo maior robustez em ambientes ruidosos. A pesquisa em estados de Majorana visa soluções para a perda de coerência em computadores quânticos tradicionais, que são muito sensíveis a imperfeições.

Estudo Recente sobre Estados de Majorana

Recentemente, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo investigou a criação e estabilização de estados de Majorana para computação quântica. O estudo, publicado na revista Physical Review B, analisou um modelo teórico conhecido como cadeia de Kitaev. Os pesquisadores descobriram que aumentando o número de pontos quânticos na cadeia, estados de Majorana se tornam mais robustos e menos suscetíveis a flutuações.

O Papel das Ilhas Topológicas

Os pesquisadores identificaram que, em cadeias maiores, os pontos de estabilidade não são isolados, mas formam "ilhas topológicas". Dentro dessas regiões, os estados de Majorana mantêm energia zero e são especialmente protegidos contra perturbações. Esta descoberta é um marco na transição de um regime frágil para um regime topológico genuíno.

Detecção de Estados de Majorana

Para detectar experimentalmente esses estados, os pesquisadores propuseram acoplar um ponto quântico a uma cadeia de Kitaev e medir a condutância elétrica. A presença de um estado de Majorana se manifestaria como um platô característico na condutância, fornecendo uma assinatura robusta de que a corrente elétrica está sendo transportada por um modo de Majorana, não por outras excitações quânticas.

Implicações e Contribuições Futuras

Este avanço não apenas clarifica a distinção entre estados de Majorana e outras excitações que podem criar sinais semelhantes, mas também demonstra que a criação de qubits topológicos robustos não requer controle absoluto dos parâmetros do sistema. Empresas como a Microsoft têm investido em pesquisa nessa área, com a expectativa de que os férmions de Majorana possam impulsionar a construção de computadores quânticos mais eficientes.

O trabalho foi apoiado pela FAPESP e representa um importante passo para a realização de qubits topológicos, que podem revolucionar a computação quântica.

Leia o artigo completo aqui: Two-site Kitaev sweet spots evolving into topological islands.

Informações da Agência FAPESP