Cuando piensas en el espacio vacío, es casi seguro que imaginas un vacío en el que nunca puede suceder nada interesante. Sin embargo, si nos acercamos a pequeñas escalas de longitud donde los efectos cuánticos comienzan a ser importantes, resulta que lo que pensaba que estaba vacío en realidad está lleno en todo momento con una masa hirviente de actividad electromagnética, a medida que los fotones virtuales aparecen y desaparecen de la existencia. .
Este fenómeno inesperado se conoce como campo de fluctuación del vacío. Pero debido a que estas fluctuaciones de energía luminosa son tan pequeñas y fugaces en el tiempo, es difícil encontrar formas para que la materia interactúe con ellas, especialmente dentro de un único dispositivo integrado.
En un estudio titulado "Detección eléctrica de interacción coherente ultrafuerte entre campos de terahercios y electrones mediante contactos de puntos cuánticos" publicado este mes en Nano Letters , investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio lograron fabricar un único sistema híbrido a nanoescala para hacer exactamente esto. En su diseño, un contacto puntual cuántico conecta un único resonador de anillo dividido en un chip con un sistema de electrones bidimensional.
El resonador de anillo dividido, que es un bucle metálico cuadrado de tamaño nanométrico con un pequeño espacio, responde con mayor fuerza cuando se excita con frecuencias resonantes específicas de radiación electromagnética de terahercios. Las mediciones ópticas convencionales anteriormente requerían matrices con muchos resonadores, pero el equipo ahora puede detectar un acoplamiento ultrafuerte utilizando un único resonador de anillo dividido de terahercios conectado a electrones 2D.
Para que el procesamiento de información cuántica sea más factible en el futuro, es importante poder determinar el estado cuántico utilizando una estructura de resonador simple y única. Este objetivo también se puede lograr más fácilmente utilizando sensores eléctricos, en lugar de ópticos, que se realizan mediante el contacto eléctrico del punto cuántico.
"Se dice que la materia que puede interactuar con las fluctuaciones del vacío del campo electromagnético se encuentra en el régimen de acoplamiento ultrafuerte", afirma el primer autor del estudio, Kazuyuki Kuroyama. El experimento demostró que la señal actual en el contacto del punto cuántico podría usarse para detectar el acoplamiento ultrafuerte del resonador de anillo dividido único con el gas de electrones 2D.
Además, en el contacto del punto cuántico se podría medir la corriente eléctrica incluso sin aplicar radiación externa. Las modulaciones de la corriente permitieron a los investigadores concluir que las interacciones entre el gas de electrones 2D y las fluctuaciones del campo de vacío del resonador todavía se producen en ausencia de radiación de terahercios.
"Nuestros hallazgos pueden permitir el uso de sensores cuánticos altamente sensibles que funcionen basándose en el acoplamiento entre las fluctuaciones del vacío y un dispositivo cuántico híbrido integrado", afirma Kazuhiko Hirakawa, autor principal.
Además de aprender más sobre las leyes fundamentales de la naturaleza a escalas muy pequeñas, los hallazgos de este estudio podrían usarse para ayudar a desarrollar futuras computadoras cuánticas que puedan hacer uso de los fenómenos habituales para procesar o transmitir datos.
Más información: Kazuyuki Kuroyama et al, Detección eléctrica de interacción coherente ultrafuerte entre campos de terahercios y electrones mediante contactos puntuales cuánticos, Nanoletras (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02272
Información de la revista: Nanoletras
Proporcionado por la Universidad de Tokio
