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El dispositivo ruso consiste en hilos de aluminio de 100 nm sobre una superficie de Silicio. En este caso hay superposición coherente de pares de electrones “1” y pares de electrones “0” que han pasado a través de la unión Josephson por efecto túnel. Foto: M Sillanpaa.

Dos equipos independientes de investigadores han medido la capacitancia de una unión Josephson por primera vez.
Este logro podría usarse para medir, sin destruirlo, el estado cuántico de los cubits en una futura computadora cuántica.
Un superconductor es un material que por debajo de cierta temperatura, en general muy baja, no presenta resistencia a la corriente eléctrica entre otras fascinantes propiedades. Una unión o juntura Josephson consiste en dos capas superconductoras separadas por una capa aislante.
El dispositivo fue predicho por Brian Josephson cuando era estudiante de doctorado. En este tipo de uniones los pares de Cooper (la asociación de dos electrones), que dan al superconductor su resistencia nula, son capaces de pasar de uno al otro lado a través del aislante por efecto túnel. Se puede decir que el conjunto se comporta como si fuese un nuevo superconductor más grande a pesar de la resistencia del aislante. Cuando Josephson propuso esta idea era tan increíble que ni siquiera su director de tesis quiso ser coautor, y el artículo fue enviado a una revista que por aquel entonces era nueva con la esperanza que ante la necesidad de material publicaran casi cualquier cosa. El artículo se publico y más tarde Josephson recibiría el premio Nóbel en 1973 una vez que otros investigadores lo comprobaron experimentalmente el fenómeno.
Se han venido empleando uniones Josephson para medir campos magnéticos con extrema precisión (SQUIDs), circuitos electrónicos, puertas lógicas, amplificadores y células de memoria entre otras aplicaciones.
En el régimen clásico la unión se comporta como un inductor (bobina), pero hace un tiempo se predijo que también se puede comportar como una capacitancia (condensador) si la unión es lo suficientemente pequeña.
Ahora Per Delsing y su equipo de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia e independientemente Pertti Hakonen y sus colaboradores de la Universidad Tecnológica de Helsinki y del Instituto Landau de Física Teórica de Moscú han observado este comportamiento capacitivo por vez primera.
El equipo sueco midió el efecto en un transistor de pares de Cooper que consta de dos de esas uniones en serie (Phys. Rev. Lett. 95 206806) y el equipo Ruso- finlandés en una caja de pares de Cooper que contiene una sola unión (Phys. Rev. Lett. 95 206807).
En el primer caso los investigadores empezaron por instalar el transistor de pares de Cooper en un circuito resonante. Después lo enfriaron hasta sólo unos milikelvin (muy cerca del cero absoluto) y vieron como la fase de la señal de radio frecuencia cambiaba cuando era reflejada por el circuito. Basados en estas medidas el equipo fue capaz de demostrar que el dispositivo funcionaba como un condensador cuántico. En el segundo caso emplearon una técnica similar para probar lo mismo y ambos encontraron que el circuito se comportaba según la teoría había predicho.
Este efecto podría ser usado para leer bits cuánticos (cubits) de manera fiable porque la capacidad cuántica del estado excitado del cubit tiene signo opuesto al del estado fundamental. Por tanto estos dos estados pueden ser nuestro “1” y nuestro “0” en una computadora cuántica. De hecho, Hakonen ha usado este modelo para leer el valor de un cubit sin alterar su valor.
Uno de los problemas de diseñar una computadora cuántica es que las maravillosas superposiciones de estado que nos permitirían hacer innumerables operaciones al mismo tiempo son muy frágiles y el intento de leerlas las destruye. Gracias a este resultado estamos un poco más cerca de alcanzar la meta.
Según Mika Sillanpaa en un futuro la capacitancia Josephson podría usarse para operaciones a gran escala en ordenadores cuánticos; y que la inductancia y capacitancia de la unión Josephson juntas podrían permitirnos la construcción de nuevos tipos de dispositivos electrónicos como amplificadores paramétricos de bajo ruido.