Nuevos avances para fabricar ordenadores cuánticos

Crean un láser del tamaño de un grano de arroz impulsado por electrones el cual representa un avance importante para fabricar ordenadores cuánticos a partir de materiales semiconductores.

La Universidad de Princeton ha construido un láser del tamaño de un grano de arroz impulsado por electrones que pasan a través de átomos artificiales conocidos como puntos cuánticos.

Este pequeño láser de microondas, o «máser», es una demostración de las interacciones fundamentales entre la luz y los electrones en movimiento. Representa un avance importante para fabricar ordenadores cuánticos a partir de materiales semiconductores.

Los investigadores construyeron el dispositivo – que utiliza alrededor de una mil millonésima parte de la corriente eléctrica necesaria para alimentar un secador de pelo – mientras trabajaban en cómo utilizar los puntos cuánticos, que son trozos de material semiconductor que actúan como átomos individuales, como componentes para ordenadores cuánticos.

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«Básicamente es tan pequeño que una persona puede ir con estos dispositivos de un solo electrón,» dijo Jason Petta, profesor asociado de Física en Princeton, quien dirigió el estudio, publicado en Science.

El dispositivo supone un gran paso adelante para los esfuerzos para construir sistemas de cálculo cuántico a partir de materiales semiconductores, según el coautor y colaborador Jacob Taylor, profesor adjunta en el Joint Quantum Institute de la Universidad de Maryland y el National Institute of Standards and Technology . «Considero que este es un resultado muy importante para nuestro objetivo a largo plazo, que es el entrelazamiento entre bits cuánticos y dispositivos basados en semiconductores», dijo Taylor.

El objetivo inicial del proyecto no era construir un máser, sino explorar cómo utilizar los puntos cuánticos dobles – que son dos puntos cuánticos unidos – como bits cuánticos, o qubits, las unidades básicas de información en los ordenadores cuánticos.

«El objetivo era conseguir los puntos cuánticos dobles para comunicarse unos con otros», dijo Yinyu Liu, estudiante graduado de Física en el laboratorio de Petta.

Debido a que los puntos cuánticos pueden comunicarse a través del entrelazamiento de partículas de luz, o fotones, los investigadores diseñaron puntos que emiten fotones cuando los electrones saltan desde un nivel de energía más alto a otro más bajo para cruzar el doble punto.

ELECTRÓN A ELECTRÓN

Cada punto cuántico doble sólo puede transferir un electrón a la vez, explicó Petta. «Es como una línea de personas que cruza una amplia corriente al saltar sobre una roca tan pequeña que sólo puede albergar una persona», dijo. «Se ven obligados a cruzar la corriente de uno en uno.

Los investigadores fabricaron los puntos cuánticos dobles a partir de nanocables extremadamente finos (unos 50 nanómetros, o una milmillonésima parte de un metro de diámetro) hechos de un material semiconductor llamado arseniuro de indio. Se modelaron los cables de arseniuro de indio sobre otros cables de metal aún más pequeños que actúan como electrodos de puerta, controlando los niveles de energía en los puntos.

Para construir el máser, se colocan los dos puntos dobles de aproximadamente 6 milímetros de separación, en una cavidad hecha de un material superconductor, el niobio, que requiere una temperatura de cerca del cero absoluto, es decir -273,15 grados celsius. «Esta es la primera vez que el equipo de la Universidad de Princeton ha demostrado que existe una conexión entre dos puntos cuánticos dobles separados por casi un centímetro, una distancia sustancial», dijo Taylor.

Cuando el dispositivo se enciende, los electrones fluyen a través de cada punto cuántico doble, haciendo que emitan fotones en la región de microondas del espectro. Estos fotones rebotan entonces en espejos en cada extremo de la cavidad para construir un haz coherente de luz de microondas.

Una de las ventajas del nuevo máser es que los niveles de energía dentro de los puntos pueden ser afinados para producir luz a otras frecuencias, algo que no se puede hacer con otros láseres semiconductores en los que la frecuencia se fija durante la fabricación, dijo Petta. Cuanto más grande es la diferencia de energía entre los dos niveles, mayor será la frecuencia de la luz emitida.

 

EP – INNOVAticias

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