El futuro de la computación cuántica puede depender de un mayor desarrollo y comprensión de los materiales semiconductores conocidos como dicalcogenuros de metales de transición (TMDC). Estos materiales atómicamente delgados desarrollan componentes eléctricos únicos y útiles, mecánico, y propiedades ópticas cuando son manipuladas por presión, luz, o temperatura.

En una investigación publicada hoy en Comunicaciones de la naturaleza , ingenieros del Instituto Politécnico Rensselaer demostraron cómo, cuando los materiales TMDC que fabrican se apilan en una geometría particular, la interacción que se produce entre las partículas da a los investigadores un mayor control sobre las propiedades de los dispositivos. Específicamente, la interacción entre los electrones se vuelve tan fuerte que forman una nueva estructura conocida como estado de aislamiento correlacionado. Este es un paso importante, los investigadores dijeron, hacia el desarrollo de los emisores cuánticos necesarios para la futura simulación y computación cuántica.

"Está sucediendo algo emocionante, "dijo Sufei Shi, profesor asistente de ingeniería química y biológica en Rensselaer, quien dirigió este trabajo. "Uno de los grados cuánticos de libertad que esperamos utilizar en la computación cuántica se mejora cuando existe este estado correlacionado".

Gran parte de la investigación de Shi se ha centrado en obtener una mejor comprensión del potencial del excitón, que se forma cuando un electrón, excitado por la luz, enlaza con un agujero, una versión cargada positivamente del electrón. Shi y su equipo han demostrado este fenómeno en dispositivos TMDC hechos de capas de disulfuro de tungsteno (WS ₂ ) y diselenuro de tungsteno (WSe ₂ ). Recientemente, el equipo también observó la creación de un excitón entre capas, que se forma cuando un electrón y un agujero existen en dos capas diferentes de material. El beneficio de este tipo de excitón, Shi dijo, es que tiene una vida útil más larga y responde de manera más significativa a un campo eléctrico, lo que brinda a los investigadores una mayor capacidad para manipular sus propiedades.

En su última investigación, Shi y su equipo mostraron cómo, apilando TMDC de una manera particular, pueden desarrollar una celosía conocida como superrejilla muaré. Imagínese dos hojas de papel apiladas una encima de la otra, cada uno con el mismo patrón de hexágonos recortados. Si tuviera que cambiar el ángulo de una de las hojas de papel, los hexágonos ya no coincidirían perfectamente. La nueva formación es similar a la de una superrejilla muaré.

El beneficio de tal geometría, Shi dijo, es que anima a que los electrones y los excitones entre capas se unan, aumentando aún más la cantidad de control que los investigadores tienen sobre los propios excitones. Este descubrimiento Shi dijo, es un paso importante hacia el desarrollo de emisores cuánticos que serán necesarios para la futura simulación cuántica y la computación cuántica.

"Básicamente, ha abierto la puerta a un mundo nuevo. Ya vemos muchas cosas, con solo mirar a través de la puerta, pero no tenemos idea de lo que va a pasar si abrimos la puerta y entramos, "Dijo Shi." Eso es lo que queremos hacer, queremos abrir la puerta y entrar ".