• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Física
    Graphene valleytronics:allanando el camino hacia computadoras cuánticas de temperatura ambiente de pequeño tamaño

    Crédito:Instituto Indio de Tecnología de Bombay, Bombay

    Valleytronics es un campo emergente en el que los valles (mínimos locales en la estructura de bandas de energía de los sólidos) se utilizan para codificar, proceso, y almacenar información cuántica. Aunque se pensaba que el grafeno no era adecuado para los Valleytronics debido a su estructura simétrica, investigadores del Instituto Indio de Tecnología de Bombay, India, han demostrado recientemente que este no es el caso. Sus hallazgos pueden allanar el camino hacia computadoras cuánticas de pequeño tamaño que pueden operar a temperatura ambiente.

    Del lado del consumidor, es bastante fácil darse cuenta de los grandes avances que ha dado el campo de la electrónica en las últimas décadas; con dispositivos portátiles, ciudades inteligentes, coches autónomos, misiones espaciales mejoradas, robots, holografía, y supercomputadoras, las posibilidades de avance tecnológico parecen infinitas. Sin embargo, sin que la mayoría de la gente lo sepa, esta tendencia acelerada de avance tecnológico impulsado por la electrónica se está deteniendo rápidamente a medida que los componentes electrónicos alcanzan sus límites prácticos. Si queremos seguir mejorando nuestra potencia y capacidad de cómputo, necesitaremos encontrar nuevas formas de almacenar y procesar datos más allá del simple flujo y carga de electrones, que es como funciona la electrónica moderna.

    Así que las computadoras cuánticas se han convertido recientemente en un tema candente. Al codificar información en fenómenos cuánticos, Las computadoras cuánticas trascienden la noción binaria de que cada bit es "0" o "1". En lugar de, Los bits cuánticos existen como superposiciones de "0" y "1" y, por lo tanto, pueden tomar valores intermedios. Explotando superposiciones a través de algoritmos cuidadosamente diseñados, En teoría, las computadoras cuánticas podrían superar a las computadoras convencionales en varios órdenes de magnitud en términos de velocidad. Desafortunadamente, Ha resultado difícil encontrar fenómenos cuánticos adecuados para codificar información a temperatura ambiente. Computadoras existentes, como los que son propiedad de Google, IBM, y Microsoft, deben mantenerse a temperaturas ultrabajas por debajo de -196,1 grados Celsius, lo que los hace costosos y poco prácticos de operar.

    Afortunadamente, Existe un enfoque muy prometedor para codificar información cuántica que se está explorando activamente:Valleytronics. Aparte de su cargo, los electrones tienen otro parámetro que se puede manipular, a saber, su "pseudospin del valle, "que es el valle que ocupa el electrón. Estos llamados valles son mínimos locales en las bandas de energía de los sólidos, que dictan el estado energético y la ubicación de los electrones. Valles, con su estado de ocupación gobernado por la mecánica cuántica, se puede utilizar para codificar, proceso, y almacenar información cuántica a temperaturas menos restrictivas.

    Recientemente, un equipo de científicos del Instituto Indio de Tecnología (IIT) de Bombay, India, y Max-Born Institut, Alemania, logró un gran avance en el campo de Valleytronics. En su último estudio, publicado en Optica , presentan una forma de realizar operaciones de valle en monocapa o grafeno prístino, lo cual fue asumido como imposible por otros investigadores en el campo. Como ejemplo de los nanomateriales de carbono, el grafeno está hecho de átomos de carbono en un patrón hexagonal y tiene una plétora de propiedades favorables. Las capas atómicamente delgadas de grafeno tienen valles de electrones, pero, debido a la simetría inherente del material, se consideraron inútiles para las operaciones del valle.

    A pesar de las probabilidades el equipo ideó una estrategia para romper la simetría del valle del grafeno usando luz. Profesor asociado Gopal Dixit de IIT Bombay, quien dirigió el estudio, explica:"Al adaptar la polarización de dos haces de luz de acuerdo con la red triangular del grafeno, Descubrimos que era posible romper la simetría entre dos átomos de carbono vecinos y explotar la estructura de la banda electrónica en las regiones cercanas a los valles, inducir la polarización del valle ". En otras palabras, esto permite el uso de los valles del grafeno para "escribir" información de forma eficaz. El Dr. Dixit también destaca que los destellos de luz pueden hacer que los electrones se muevan varios cientos de billones de veces por segundo. En teoria, esto significa que Valleytronics a tasas de petahercios es posible, que supera las velocidades computacionales modernas en un millón de veces.

    Uno de los aspectos más atractivos de realizar operaciones de valle en grafeno es que es posible hacerlo a temperatura ambiente. "Nuestro trabajo podría abrir la puerta a la miniatura, Computadoras cuánticas de propósito general que pueden ser utilizadas por personas normales, muy parecido a las laptops, ", comenta el Dr. Dixit. Con las velocidades computacionales más altas que proporcionan las computadoras cuánticas, será mucho más rápido realizar simulaciones moleculares, análisis de big data, aprendizaje profundo, y otras tareas computacionalmente intensivas. Sucesivamente, esto acelerará el desarrollo de nuevos fármacos y el esclarecimiento de las estructuras moleculares, que ayudará en la búsqueda de curas para enfermedades complejas, incluido el COVID-19.


    © Ciencia https://es.scienceaq.com