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Capít. 5-6º | Chapter 5-6º

Nuevos horizontes y materiales en la electrónica | New horizons and materials in electronics


Jhonson-juntions.JPG NISTvoltChip.jpg

Estructura de la unión Josephson fabricada | Structure of the fabricated Josephson Junction. [Fig. I A . C5.6.1- Crédito imag. (Phase signature of topological transition in Josephson Junctions). URL: https://arxiv.org/pdf/1906.01179.pdf]

Chip de matriz de unión Josephson desarrollado por la Oficina Nacional de Estándares como un voltio estándar | Josephson junction array chip developed by the National Bureau of Standards as a standard volt. [Fig. I A . C5.6.2-Crédito imag. (Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=319467)]


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Contenidos

Contents

5.6.0.- Introducción

5.6.0.- Introduction

5.6.1.- Nuevo estado de la materia para la computación cuántica

5.6.1.- New state of matter for quantum computing


Autor / Author: Juan Antonio Lloret Egea |eu-ai-alliance-3_0.pngMiembro de la Alianza Europea para la IA / Member to the European AI Alliance | https://orcid.org/0000-0002-6634-3351| Escrito / Writed: 20/08/2019. Actualizado / Updated: 20/08/2019 |

© 2019. Licencia de uso / License for use: [ Los estados de la inteligencia artificial (IA) | The states of artificial intelligence (AI) ] Creative Commons CC BY-NC-ND |ISSN 2695-3803 | Preprint DOI 10.13140/RG.2.2.35920.87048/1 |
5.6.0.- Introducción | Introduction

Nuevos campos de investigación se están embrionando en universidades, en laboratorios y en las propias casas de los científicos. La ciencia busca encontrar, como antaño hicieran los alquimistas, el material divino que fue el elegido por Dios para gestionar la energía bajo todas las posibilidades de estados de materia, temperaturas y de estados de potencial energético. Se busca el dominio de la entropia del Universo para ordenarlo a voluntad humana. En esas circunstancias se encuentran materiales como el grafeno, el shrilk, el estaneno, el carbino (más resistente que el grafeno) y otros derivados del carbón... Apansionante aventura de la física y la electrónica.


[English]

New fields of research are embryonic in universities, in laboratories and in the homes of scientists. Science seeks to find, as in the past the alchemists, the divine material that was chosen by God to manage energy under all possibilities of states of matter, temperatures and states of energy potential. The domain of entropy of the Universe is sought to order it at human will. In these circumstances are materials such as graphene, shrilk, stanene, carbine (more resistant than graphene) and other derivatives of coal... Amazing adventure of physics and electronics.


5.6.1.- Nuevo estado de la materia para la computación cuántica | New state of matter for quantum computing

Un equipo de físicos ha descubierto un nuevo estado de la materia, un avance que ofrece la promesa de aumentar las capacidades de almacenamiento en dispositivos electrónicos y mejorar la computación cuántica | A team of physicists has uncovered a new state of matter—a breakthrough that offers promise for increasing storage capabilities in electronic devices and enhancing quantum computing.


Josephson_junction_real.jpg


Una unión de Josephson real. La línea horizontal es el primer electrodo, mientras que la línea vertical es el segundo electrodo. El cuadrado que las separa es un aislante que tiene en el centro donde se encuentran los dos electrodos una pequeña apertura a través de la cual está la verdadera unión Josephson./ A union of real Josephson. The horizontal line is the first electrode, while the vertical line is the second electrode. The square that separates them is an insulator that has a small opening in the center where the two electrodes meet through which is the true Josephson junction.


Fig. I A . C5.6.3-Crédito imag. (De No machine-readable author provided. Pasquale.Carelli assumed (based on copyright claims). - No machine-readable source provided. Own work assumed (based on copyright claims)., Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1277410. Wikipedia).  URL El País: http://cort.as/-NABH


Efecto Josephson / Josephson effect


Fig. I A . C5.6.4-Crédito imag. (bhadeshia123). URL: https://youtu.be/cnZ6exn2CkE

Una serie de conferencias sobre superconductividad. Cortesía del profesor Bartek Glowaki de la Universidad de Cambridge, quien filmó, dirigió y editó los videos. Profesor Brian Josephson, la unión de Josephson | A series of lectures on superconductivity. Courtesy of Professor Bartek Glowaki of the University of Cambridge, who filmed, directed and edited the videos. Professor Brian Josephson, the Josephson junction.


Es un efecto físico que se manifiesta por la aparición de una corriente eléctrica por efecto túnel entre dos superconductores separados. El físico británico Brian David Josephson predijo tal efecto en 1962.​ Un año más tarde, las uniones Josephson fueron construidas por primera vez por Anderson y Rowell. ​ Estos trabajos le valieron a Josephson el premio Nobel de física en 1973. Según la teoría BCS, la corriente eléctrica en los superconductores no la transportan electrones simples como sería el caso normal, sino pares de electrones, los llamados pares de Cooper. Cuando los dos superconductores están separados por una capa de un medio aislante o un metal no superconductor de unos pocos nanómetros, los pares de Cooper pueden atravesar la barrera por efecto túnel. Aunque los pares de Cooper no pueden existir en un aislante o un metal no superconductor, cuando la capa que separa los dos superconductores es lo suficientemente estrecha, éstos la pueden atravesar y guardar su coherencia de fase. Es la persistencia de esta coherencia de fase lo que da lugar al efecto Josephson C5.6-1.


[English]

It is a physical effect that is manifested by the appearance of an electric current by tunnel effect between two separate superconductors. British physicist Brian David Josephson predicted such an effect in 1962. A year later, Josephson unions were first built by Anderson and Rowell. These works earned Josephson the Nobel Prize in physics in 1973. According to the BCS theory, the electric current in superconductors is not carried by simple electrons as would be the normal case, but by electron pairs, the so-called Cooper pairs. When the two superconductors are separated by a layer of an insulating medium or a non-superconducting metal of a few nanometers, Cooper pairs can cross the barrier by tunnel effect. Although Cooper pairs cannot exist in an insulator or non-superconducting metal, when the layer that separates the two superconductors is narrow enough, they can pass through and keep their phase coherence. It is the persistence of this phase coherence that gives rise to the Josephson effect C5.6-1.


Un avance que ofrece la promesa de aumentar las capacidades de almacenamiento en dispositivos electrónicos y mejorar la computación cuántica. Se le denomina la 'Superconductividad Topológica'. La idea es emplearlo en la mejora de velocidad de la computación y en el almacenamiento. El descubrimiento se realizó con Igor Zutic en la Universidad de Buffalo y Alex Matos-Abiague en la Universidad Estatal de Wayne. La investigación se centró en las partículas de Majorana, que son sus propias antipartículas. Los científicos ven valor en las partículas de Majorana debido a su potencial para almacenar información cuántica en un espacio especial de computación donde la información cuántica está protegida del ruido ambiental. Sin embargo, no hay material huésped natural para estas partículas, también conocido como fermiones de Majorana. La superconductividad topológica en una plataforma bidimensional allana el camino para construir qubits topológicos escalables no sólo para almacenar información cuántica, sino también para manipular los estados cuánticos que están libres de errorC5.6-2.


[English]

A breakthrough that offers the promise of increasing storage capacities in electronic devices and improving quantum computing. It is called the 'Topological Superconductivity'. The idea is to use it to improve the speed of computing and storage. The discovery was made with Igor Zutic at the University of Buffalo and Alex Matos-Abiague at Wayne State University. The research focused on Majorana particles, which are their own antiparticles. Scientists see value in Majorana particles because of their potential to store quantum information in a special computing space where quantum information is protected from ambient noise. However, there is no natural host material for these particles, also known as Majorana fermions. Topological superconductivity in a two-dimensional platform paves the way to build scalable topological qubits not only to store quantum information, but also to manipulate quantum states that are error freeC5.6-2.


El estudio ha sido publicado en arxiv.org (Cornell University) con el título Phase signature of topological transition in Josephson JunctionsExtrae como conclusión que al incrustar la unión en un bucle SQUID pueden medir el salto π que acompaña a la reapertura de la brecha. Estos hallazgos apoyan firmemente la aparición de una fase topológica en el sistema. Esto ofrece una plataforma escalable para la detección y manipulación de los estados límite de Majorana para el desarrollo de circuitos complejos para computación cuántica topológica tolerante a fallas. La versatilidad de esta geometría bidimensional y la manipulación SQUID también pueden admitir otras fases exóticas sondeadas por firmas sensibles a la fase C5.6-3.


[English]

The study has been published on arxiv.org (Cornell University) with the title Phase signature of topological transition in Josephson Junctions. Draws as a conclusion that by embedding the junction in a SQUID loop they can measure the π jump that accompanies the reopening of the gap. These findings strongly support the appearance of a topological phase in the system. This offers a scalable platform for the detection and manipulation of the limit states of Majorana for the development of complex circuits for fault tolerant topological quantum computing. The versatility of this two-dimensional geometry and SQUID manipulation can also support other exotic phases probed by phase-sensitive signatures C5.6-3.


Bibliografía | Bibliografy


[C5.6-1] Wikipedia. Efecto Josephson. [Recuperado (20/08/2019) de: https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Josephson ]

[C5.6-2] NYU. (14 de agosto, 2019). Scientists Discover New State of Matter. [Recuperado (20/08/2019) de: https://www.nyu.edu/about/news-publications/news/2019/august/scientists-discover-new-state-of-matter.html]

[C5.6-3] Mayer, W.; Matthieu, C.; Zutic, I. (et al). (5 de junio, 2019). Phase signature of topological transition in Josephson Junctions. [Recuperado (20/08/2019) de: https://arxiv.org/pdf/1906.01179.pdf]


© 2019. Licencia de uso y distribución / License for use and distribution: [ Los estados de la inteligencia artificial (IA) | The states of artificial intelligence (AI) ] creative commons CC BY-NC-ND |ISSN 2695-3803|

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