Izquierda:imagen esquemática de la molécula creada por el hombre. Las moléculas de monóxido de carbono (negro) fuerzan a los electrones en ciertas posiciones para crear una molécula artificial que consiste en masa (verde), átomos de borde (amarillo) y de esquina (azul). Derecha:Los electrones de la molécula se localizan en las esquinas de los picos altos). Crédito:Universidad de Utrecht
Un grupo de físicos en Utrecht, San Sebastián y Pensilvania han creado una nueva molécula artificial que es aislante por dentro pero tiene estados electrónicos localizados en sus esquinas. Estos estados tienen energía cero, y por esta razon, son resistentes a defectos en la molécula y podrían usarse como qubits en computadoras cuánticas. Los resultados se publican en Materiales de la naturaleza el 23 de septiembre.
La profesora Cristiane Morais Smith de la Universidad de Utrecht explica:"Hay algunos grandes desafíos en el desarrollo de las computadoras cuánticas. Uno de los principales problemas es la decoherencia cuántica:la información se pierde en el medio ambiente. Esto hace que sea más difícil diseñar la electrónica en la cuántica nivel que en el nivel clásico. Por eso creamos electrones que son resistentes a la decoherencia cuántica ".
Creando moléculas artificiales
El físico teórico Sander Kempkes dice:"Las moléculas normales que se pueden encontrar en la naturaleza a menudo tienen propiedades interesantes, pero lleva mucho tiempo encontrar uno que tenga exactamente las propiedades que le gustaría. Es por eso que tomamos el asunto en nuestras propias manos ". Los investigadores crearon moléculas artificiales de abajo hacia arriba usando solo un microscopio de túnel de barrido, una muestra de cobre y un montón de moléculas de monóxido de carbono, que se colocan a un nanómetro de distancia entre sí.
Los investigadores pudieron crear modos de esquina muy robustos que están protegidos por simetrías de la molécula. Así como no puede deshacerse de un agujero en una rosquilla a menos que la corte, estos modos de esquina no se pueden alterar sin causar un daño drástico al sistema. Debido a la forma extremadamente precisa y controlada de crear la molécula a escala nanométrica, los investigadores pudieron verificar la resistencia a los defectos de estos modos cero localizados en las esquinas de la molécula. Aunque estos modos aún no están listos para usarse como bits cuánticos, es un paso importante en la dirección de crearlos en sistemas artificiales.
Patrón de Kagome en una canasta tejida. Crédito:Facultad de Ciencias de la Universidad de Utrecht
Patrón japonés
Los investigadores se inspiraron en el llamado patrón kagome, un patrón de mosaico que se origina en Japón y consta de triángulos y hexágonos. Hay algunos materiales reales que tienen esta forma particular, pero no exactamente de la forma que buscaban los investigadores. Es por eso que los físicos teóricos diseñaron una nueva molécula de kagome en la computadora, después de lo cual los físicos experimentales en el laboratorio de Ingmar Swart y Daniel Vanmaekelbergh realizaron experimentalmente la molécula. Previamente, utilizaron las mismas técnicas para hacer redes electrónicas que se relacionan con supermateriales y fractales cuánticos.
Moldes para muffin
El físico experimental Marlou Slot dice:"La manipulación de una molécula de monóxido de carbono se puede considerar como deslizar una reina en un tablero de ajedrez en la escala nanométrica, usando una aguja en lugar de su dedo ".
Todo el procedimiento es como crear un molde para muffins invertido con la geometría deseada para los electrones que flotan alrededor. El "molde para muffins" fuerza a los electrones a adoptar una forma particular, aunque la analogía del horneado no debe tomarse demasiado literalmente, porque el experimento tiene lugar a -269 grados Celsius.
