Los fermiones de Majorana son partículas elementales hipotéticas propuestas en 1937 por el físico italiano Ettore Majorana. Se distinguen de los demás fermiones (los llamados de Dirac, como el electrón, el muón, el tauón o los quarks) en que la partícula es su propia antipartícula (en física de partículas, a cada tipo de partícula se le asocia una antipartícula con la misma masa, pero con cargas físicas opuestas, como la carga eléctrica). Esto quiere decir que los fermiones de Majorana tendrían la propiedad especial de ser fermiones eléctricamente neutros.
En los últimos años ha habido un gran interés en la búsqueda experimental de partículas de Majorana. Se han realizado experimentos en física de partículas (como la búsqueda de neutrinos de Majorana en la desintegración beta doble sin neutrinos) y en física de la materia condensada (por ejemplo en los materiales topológicos y en superconductores de Majorana), buscándose con particular ahínco obtener los llamados modos cero de Majorana, que son estados energéticos fundamentales asociados con una partícula de Majorana. Dicho de otro modo, un modo cero de Majorana se refiere a la solución de energía más baja de una partícula de Majorana.
Cuasipartículas de Majorana
No ha habido éxito en encontrar hasta ahora una partícula de Majorana propiamente dicha. Sin embargo, algunos grupos de investigación han afirmado haber encontrado cuasipartículas de este tipo. Una cuasipartícula es una excitación colectiva en un sistema físico que se comporta como partícula pero que en realidad es una combinación o superposición de partículas fundamentales. Ciertos materiales topológicos o los superconductores de Majorana son cuasipartículas que se forman debido a fenómenos colectivos.
Así pues, las cuasipartículas no son partículas fundamentales en el sentido de tener una existencia independiente fuera del contexto del sistema físico en el que se forman. Son entidades emergentes que describen comportamientos colectivos en el sistema, y su naturaleza y propiedades están determinadas por las interacciones y características de dicho sistema.
Computación cuántica
Las partículas (o cuasipartículas) de Majorana y los correspondientes modos cero de Majorana han sido objeto de interés en el campo de la búsqueda de componentes para la computación cuántica. Esto se debe a algunas propiedades únicas que poseen y que podrían ser ventajosas para la implementación de cúbits, que son los bloques de construcción de este tipo de computación.
En ese ámbito, la más útil propiedades de los modos cero de Majorana sería, según predice la teoría, que se trata de estados cuánticos protegidos topológicamente contra interferencias del entorno, lo que les proporcionaría gran resistencia a perturbaciones y, por tanto, a errores y descoherencia en computación cuática. Además, como una partícula de Majorana tienen la propiedad única de ser su propia antipartícula, no sería necesario buscar medios para evitar los efectos no deseados de las antipartículas.
Sin embargo, la implementación práctica aún está en una etapa de investigación y desarrollo activo. Aparte de esto, la implementación práctica de cúbits basados en Majorana presenta desafíos tecnológicos significativos.
Microsoft insiste en haber obtenido modos cero de Majorana
En 2018, un equipo de investigación de Microsoft afirmó que había encontrado un material en el que se observaban modos cero de Majorana. Eso provocó incredulidad en la comunidad científica. En concreto, investigadores de la Universidad de Pittsburgh alegaron que las imperfecciones en el cable semiconductor que se había utilizado podrían producir efectos cuánticos fácilmente confundibles con los modos cero de Majorana.
Ahora, otro grupo de Microsoft aseguran haber obtenido un dispositivo que igualmente presenta comportamientos compatibles con los modos cero de Majorana. Los componentes principales son un cable semiconductor extremadamente delgado y un superconductor de aluminio.
Este grupo dice que han sometido estos dispositivos a muchas pruebas y que la probabilidad de que no sean realmente modos ceros de Majorana es inferior al 8 %. Si es así, este hallazgo sería, desde luego, un gran paso hacia la construcción de una supercomputadora cuántica que podría ejecutar miles de millones de operaciones confiables por segundo.
No obstante, la comunidad internacional sigue teniendo dudas y no aceptará los resultados de estos nuevos experimentos hasta que otro equipo de investigadores lo reproduzca, lo cual puede ser difícil de llevar a cabo porque, por motivos de confidencialidad comercial, no se han publicado todos los detalles de la fabricación de estos materiales que supuestamente se comportan como modos cero de Majorana.
Pero, incluso si el hallazgo se confirma, sigue habiendo dudas sobre la utilidad de los cúbits que se pueden construir porque es muy difícil evitar impurezas en los materiales, y eso limitaría mucho su rendimiento.
