En el corazón de las computadoras cuánticas modernas se encuentra una estructura sorprendentemente simple: la unión de Josephson. Tradicionalmente, este dispositivo se forma colocando dos superconductores a ambos lados de una barrera ultrafina. A pesar de la separación, los electrones superconductores actúan al unísono, permitiendo que la corriente fluya con una precisión notable y sin pérdida de energía.
Este comportamiento sincronizado es la base de los procesadores cuánticos más avanzados de la actualidad y fue reconocido a nivel mundial cuando avances relacionados obtuvieron el Premio Nobel de Física en 2025.
Ahora, un equipo internacional de físicos ha presentado un hallazgo que desafía el esquema tradicional. En un nuevo estudio, los investigadores proporcionan la primera evidencia experimental de que un comportamiento similar al de la unión de Josephson puede surgir incluso cuando solo hay un superconductor verdadero presente.
Un dispositivo que no debería funcionar, pero lo hace
En el nuevo experimento, los científicos construyeron una estructura en capas compuesta por vanadio superconductor y hierro ferromagnético, separados por una fina capa aislante de óxido de magnesio.
Según la sabiduría convencional, esta configuración no debería comportarse como una unión de Josephson. El hierro no es un superconductor, y el ferromagnetismo suele suprimir el delicado emparejamiento de electrones necesario para la superconductividad.
Sin embargo, las mediciones eléctricas contaron una historia diferente. El equipo observó patrones de flujo de corriente que coincidían estrechamente con los de una unión de Josephson convencional.
De alguna manera, el comportamiento superconductor del vanadio cruzó la barrera y reorganizó los electrones dentro del hierro lo suficientemente fuerte como para crear un movimiento sincronizado entre los dos materiales.
Este hallazgo confirma predicciones teóricas de larga data y nunca antes se había demostrado experimentalmente.
Escuchando el ruido
La evidencia clave provino del análisis del “ruido” eléctrico. Si bien la corriente eléctrica parece suave a escala macroscópica, en realidad consiste en electrones discretos que llegan en ráfagas rápidas.
Los patrones estadísticos de estas fluctuaciones revelan cómo se mueven los electrones y si actúan de forma independiente o en grupos coordinados.
En el dispositivo de vanadio-hierro, las mediciones de ruido revelaron electrones que viajan en paquetes grandes y sincronizados dentro de la capa de hierro.
Este movimiento colectivo es una característica distintiva de las uniones de Josephson y un fuerte indicador de que las correlaciones superconductoras se habían apoderado de donde menos se esperaba.
Magnetismo y superconductividad se encuentran
Lo que hace que este descubrimiento sea particularmente sorprendente es el papel del hierro.
La superconductividad generalmente se basa en pares de electrones con espines opuestos, mientras que los ferromagnetos como el hierro favorecen los electrones alineados en la misma dirección. Estas tendencias opuestas normalmente son incompatibles.
El experimento sugiere que el hierro desarrolló una forma diferente e inusual de superconductividad que involucra pares de electrones con el mismo espín.
Aún más notable, este estado inducido fue lo suficientemente robusto como para comunicarse a través de la barrera, acoplándose efectivamente con el vanadio como si ambos lados fueran superconductores.
Implicaciones para la tecnología cuántica
Si se confirma y refina, esta unión de Josephson de un solo superconductor podría tener consecuencias de gran alcance.
Desde una perspectiva de diseño, reducir el número de componentes superconductores requeridos podría simplificar la fabricación y ampliar las opciones de materiales para los circuitos cuánticos.
Los resultados también podrían influir en la investigación de superconductores topológicos, que son valorados por su resistencia al ruido ambiental, un obstáculo importante en la computación cuántica.
El emparejamiento de espines iguales podría ayudar a estabilizar la información cuántica codificada en los espines de los electrones, lo que podría hacer que los qubits sean más confiables.
Del laboratorio a dispositivos del mundo real
Otro aspecto intrigante es la practicidad. El hierro y el óxido de magnesio ya se utilizan ampliamente en tecnologías comerciales como discos duros y memoria de acceso aleatorio magnética.
Agregar un elemento superconductor podría conducir a dispositivos híbridos que combinen la funcionalidad cuántica con las técnicas de fabricación existentes.
Si bien quedan preguntas sobre los mecanismos precisos en juego, el estudio abre un nuevo capítulo en la investigación de las uniones de Josephson.
Al demostrar que la sincronización superconductora puede surgir en lugares inesperados, los científicos pueden haber descubierto un camino más simple y versátil hacia la próxima generación de computadoras cuánticas.
