Las imágenes esquemáticas muestran electrones (líneas onduladas amarillas a la izquierda) como ondas cuánticas. En la imagen superior, la ola mantiene su forma a medida que pasa por el "semáforo". En la imagen de abajo, la ola es detenida por la luz. Las deformaciones en forma de montículo debajo de las ondas representan el temblor de los átomos. Crédito:Universidad de Buffalo
¡Parada! En nombre de la ciencia y la ingeniería cuánticas.
El estribillo familiar se relaciona con un nuevo logro en la tecnología cuántica, un campo de investigación emergente que busca aprovechar las propiedades únicas de los átomos y las partículas subatómicas.
Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Buffalo ha desarrollado un "semáforo" que puede detener las ondas cuánticas. El avance podría ser clave para aprovechar el potencial del mundo atómico, eventualmente conduciendo a avances en computación, medicamento, criptografía, ciencia de materiales y otras aplicaciones.
"Es un área de investigación de inmensa importancia, "dice el ingeniero eléctrico de la UB, Jon Bird, Doctor., coautor principal de un estudio publicado recientemente en la revista Cartas de revisión física que describe el trabajo antes mencionado.
Bird es profesor y catedrático del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB. Jong Han, Doctor., profesor de física en la Facultad de Artes y Ciencias, es el coautor principal del artículo.
Autores adicionales provienen de los laboratorios de Bird y Han, así como el Centro de Nanotecnologías Integradas en Sandia National Laboratories, y el Instituto de Estudios Avanzados de Corea.
El misterio de los electrones
Si bien los niños en edad escolar conocen bien los electrones, Los investigadores todavía están tratando de comprender por qué estas partículas subatómicas se comportan de la manera en que lo hacen, así como encontrar nuevas formas de manipularlos.
En el estudio, el equipo "utilizó los mismos átomos que forman la estructura cristalina de los materiales semiconductores que estudiamos para impedir el paso de electrones, o dejarlos pasar libremente, esencialmente haciendo un "semáforo" para estas partículas cuánticas. Hacemos esto 'agitando' estos átomos de manera controlable, mediante la aplicación de pequeñas señales eléctricas a nuestros dispositivos, "dice Bird.
La imagen esquemática muestra electrones (líneas onduladas amarillas a la izquierda) como ondas cuánticas detenidas por el "semáforo". Las deformaciones en forma de montículo debajo de las ondas representan el temblor de los átomos. Crédito:Universidad de Buffalo
Los investigadores aislaron un nanoconductor especialmente construido a una temperatura extremadamente fría, menos 273 grados Celsius. En tales condiciones, en este dispositivo ultrapequeño, los electrones exhiben una naturaleza ondulatoria.
En otras palabras, se comportan más como ondas en la superficie de un estanque que como partículas puntuales, que a menudo se describen como objetos similares a bolas de billar que se mueven en líneas rectas.
"Al igual que la luz, u olas en el océano, estas ondas cuánticas pueden comportarse de formas que no esperaríamos para las partículas. Pueden doblarse en las esquinas, por ejemplo, y el desafío es desarrollar técnicas para controlar, o conducir, ellos, "dice Han.
En el estudio, los investigadores de la UB lograron esto aplicando una pequeña cantidad de voltaje al conductor, lo que les permite agitar sus átomos de una manera controlable. A medida que se hizo que los átomos temblaran con más fuerza, proporcionaron una mayor fuente de resistencia a las ondas cuánticas, que impedía que las ondas pasaran a través del conductor.
"Esto es lo que llamamos un contacto de punto cuántico. Puedes pensar en él como un semáforo. Solo que en lugar de detener los automóviles en una intersección, Hemos demostrado la capacidad de controlar la transmisión de ondas de electrones en un sistema confinado al agitar externamente los átomos en ese sistema, "dice Han.
Computadoras mucho más potentes
La capacidad de controlar partículas subatómicas como electrones y fotones es clave para el desarrollo de tecnologías cuánticas. especialmente las computadoras cuánticas.
Las computadoras tradicionales procesan la información, o bits, en código binario, lo que significa que almacenan datos y realizan cálculos asignando valores de "uno" o "cero". Computadoras cuánticas, que están siendo desarrollados por IBM, Google y otras empresas, trabajar con "qubits" que pueden representar unos y ceros al mismo tiempo.
En teoria, este enfoque podría conducir a computadoras mucho más poderosas que las que existen hoy en día. Sucesivamente, eso crearía grandes ventajas económicas y de seguridad nacional.
La investigación dirigida por la UB proporciona una implementación a nivel fundamental de las técnicas que se necesitan para controlar las ondas cuánticas a escala microscópica. haciendo posible estos avances tecnológicos, Bird dice.
