Los científicos han descubierto un estado fundamentalmente nuevo de la materia: los cristales líquidos cuánticos 3D. Éstos tienen el potencial para lograr grandes avances en la tecnología del microchip y la computación cuántica.

Físicos de Caltech del Institute for Quantum Information and Matter han descubierto el primer cristal líquido cuántico 3D. Se trata de un nuevo estado de la materia que esperan tenga aplicaciones en la computación cuántica ultrarrápida, y los investigadores creen que este descubrimiento es sólo la «punta del iceberg».

Las moléculas de los cristales líquidos estándar fluyen libremente como si fueran un líquido, pero permanecen orientadas direccionalmente como un sólido. Los cristales líquidos pueden fabricarse artificialmente, como los que se encuentran en las pantallas de los dispositivos electrónicos, o que se encuentran en la naturaleza, y también los que se encuentran en las membranas celulares biológicas. Los cristales líquidos cuánticos fueron descubiertos por primera vez en 1999; Sus moléculas se comportan muy parecidas a las de los cristales líquidos regulares, pero sus electrones prefieren orientarse a lo largo de ciertos ejes.

Los electrones de los cristales líquidos cuánticos 3D exhiben diferentes propiedades magnéticas dependiendo de la dirección que fluyen a lo largo de un eje dado. En términos prácticos, esto significa que la electrificación de estos materiales los convierte en imanes, o cambia la fuerza o la orientación de su magnetismo.

Estas imágenes muestran patrones de luz generados por un cristal a base de renio utilizando un método láser llamado optical second-harmonic rotational anisotropy. A la izquierda, el patrón proviene de la red atómica del cristal. A la derecha, el cristal se ha convertido en un cristal líquido cuántico 3-D, que muestra un cambio drástico del patrón. Crédito: Hsieh Lab / Caltech

El equipo de investigación espera que los cristales líquidos cuánticos 3D puedan lograr grandes avances en el campo del diseño y la creación de chips de computadora más eficientes ayudando a los científicos informáticos a explotar la dirección en que los electrones giran. El descubrimiento del cristal líquido cuántico 3D también podría ayudar a lograr construir computadoras cuánticas, que descifrarán códigos y realizarán otros cálculos a velocidades mucho más altas gracias a la naturaleza cuántica de las partículas.

Alcanzar una computadora cuántica es un desafío, porque los efectos cuánticos son delicados y transitorios. Pueden ser cambiados o destruidos simplemente a través de sus interacciones con los ambientes circundantes. Este problema puede ser resuelto por una técnica que requiere un material especial llamado superconductor topológico – que es donde entran los cristales líquidos cuánticos 3D.

«Del mismo modo que se ha propuesto que los cristales líquidos cuánticos 2D sean precursores de los superconductores de alta temperatura, los cristales líquidos cuánticos 3D podrían ser los precursores de los superconductores topológicos que hemos estado buscando», dijo el profesor (asistente de física) de Caltech David Hsieh, Investigador principal en el nuevo estudio, en una entrevista para un comunicado de prensa de Caltech.

«En lugar de confiar en la serendipia para encontrar superconductores topológicos, ahora podemos tener una ruta para crearlos racionalmente usando cristales líquidos cuánticos 3D», dijo John Harter, autor principal del nuevo estudio publicado en Science, en el comunicado de prensa realizado. «Eso es lo siguiente en nuestra agenda.», agregó.