Nanoestructuras hechas de plata con forma de moño podrían hacer realidad el sueño de la computación cuántica y el procesamiento de la información cuántica.
Estas nanoestructuras, creadas en el Instituto Weizmann de Ciencia y descritas recientemente en Nature Communications, simplifican mucho las condiciones experimentales para el estudio de fenómenos cuánticos y podrían un día ser transformadas en componentes cruciales de computación cuántica.
El equipo de investigación es dirigido por el Prof. Gilad Haran del Departamento de Físico-Química del Weizmann compuesto por el becario postdoctoral Dr. Kotni Santhosh, la Dra. Ora Bitton del Departamento de Apoyo a la Investigación Química y el Prof. Lev Chuntonov del Instituto de Tecnología Technion-Israel.
Juntos crearon nanopartículas de plata en forma de moños bidimensionales con un hueco minúsculo de 20 nanómetros (milmillonésimos de metro) en el centro.
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Posteriormente, los investigadores sumergieron los “moños” en una solución con puntos cuánticos, minúsculas partículas semiconductoras que pueden absorber y emitir luz, cada una de 6 a 8 nanómetros de largo.
Durante el hundimiento, algunos puntos cuánticos fueron atrapados en los huecos del moño.
Al exponer a la luz los puntos cuánticos atrapados, estos se “acoplaron” con los moños, un término científico que se refiere a la formación de un estado mixto, en el cual un fotón del moño es compartido, por decirlo de alguna manera, con el punto cuántico.
El acoplamiento fue suficientemente fuerte para ser observado incluso cuando los huecos contenían sólo un punto cuántico, en vez de varios.
Las nanopartículas moños pudieron ser inducidas a cambiar de un estado a otro: del estado sin acoplamiento con los puntos cuánticos, antes de la exposición a la luz, al estado mixto caracterizado por un acoplamiento fuerte, luego de esa exposición.
Por lo tanto, la habilidad de controlar el acoplamiento de puntos cuánticos podría un día ser utilizada para manufacturar interruptores para computadoras o aparatos de encriptación basados en fenómenos cuánticos, esto quiere decir, aquellos que operan a nivel de fotones y sistemas cuánticos individuales como átomos, moléculas o puntos cuánticos.
Ya que aquellos fenómenos crean posibilidades no disponibles a escalas macroscópicas, por ejemplo la realización de múltiples cálculos de manera simultánea, se cree que aparatos cuánticos serán mucho más poderosos que las actuales computadoras electrónicas y sistemas de encriptación.
Computación cuántica?
El Prof. Harna dice: “Hemos dado el primer paso para la creación de interruptores cuánticos utilizando nuestro método de acoplamiento.
Antes de que este método pueda ser incorporado en aparatos reales se necesita realizar mucha investigación. En principio, nuestro sistema es fácil de generar y, lo más importante, puede funcionar a temperatura ambiente.
Actualmente estamos trabajando en fabricar partículas aún más pequeñas en forma de moño y volver el acoplamiento más fuerte y reversible”.
Los científicos del Weizmann lograron diseñar su sistema de moño gracias a los avances de la nanotecnología, incluyendo la litografía por haz de electrones, utilizada para fabricar los moños y facilitar la introducción de puntos cuánticos en sus orificios, y el desarrollo de programas computacionales capaces de analizar datos que previamente requerían un esfuerzo masivo por parte de los teóricos.
Ellos también utilizaron el recientemente mejorado entendimiento de las oscilaciones de electrones provocadas al iluminar un metal que constituyen la fuente física del acoplamiento entre las nanopartículas moños y los puntos cuánticos: tales oscilaciones es sabido que son más fuertes en la superficie del metal.
En las nuevas partículas con forma de moño, el campo electromagnético generado por estas oscilaciones es extremadamente concentrado ya que es enfocado en la angosta porción central del moño, de la misma manera que la luz es concentrada cuando es enfocada en un haz angosto.
La alta concentración asegura un estrecho control sobre el acoplamiento, y este control a su vez es esencial para futuras potenciales aplicaciones cuánticas. Ninguno de los sistemas anteriormente construídos para estudiar las interacciones cuánticas entre la luz y la materia operaban en una escala tan pequeña o fueron capaces de reducir los experimentos al nivel de puntos cuánticos individuales como fue hecho en el estudio del Weizmann.
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