Nuevo tipo de bit cuántico en nanoestructuras semiconductoras

Un equipo de investigación germano-chino ha creado con éxito un bit cuántico en una nanoestructura semiconductora.

Usando una transición de energía especial, los investigadores crearon un estado de superposición en un punto cuántico, un área diminuta del semiconductor, en el que un agujero de electrones poseía simultáneamente dos niveles de energía diferentes.

Tales estados de superposición son fundamentales para la computación cuántica.

Sin embargo, la excitación del estado requeriría un láser de electrones libres a gran escala que pueda emitir luz en el rango de los terahercios.

Además, esta longitud de onda es demasiado larga para enfocar el haz en el diminuto punto cuántico.

El equipo germano-chino ahora ha logrado la excitación con dos pulsos de láser óptico de longitud de onda corta finamente sintonizados.

El equipo es encabezado por Feng Liu de la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, junto con un grupo dirigido por el Dr. Arne Ludwig de la Universidad Ruhr de Bochum y otros investigadores de China y el Reino Unido.

El equipo hizo uso de la llamada transición Radiative Auger.

En este proceso, un electrón se recombina con un hueco, liberando su energía en parte en forma de un solo fotón y en parte transfiriendo la energía a otro electrón.

El mismo proceso también se puede observar con huecos de electrones, en otras palabras, electrones perdidos.

En 2021, un equipo de investigación logró por primera vez estimular específicamente la transición Radiative Auger en un semiconductor.

En el proyecto actual, los investigadores demostraron que el proceso Radiative Auger se puede impulsar de manera coherente: utilizaron dos rayos láser diferentes con intensidades en una relación específica entre sí.

Con el primer láser, excitaron un par electrón-agujero en el punto cuántico para crear una cuasipartícula que constaba de dos agujeros y un electrón.

Con un segundo láser, activaron el proceso Radiative Auger para elevar un agujero a una serie de estados de energía más altos.

El equipo utilizó pulsos de láser finamente sintonizados para crear una superposición entre el estado fundamental del agujero y el estado de mayor energía.

Así pues, el agujero existía en ambos estados simultáneamente.

Tales superposiciones son la base de los bits cuánticos que, a diferencia de los bits convencionales, existen no solo en los estados “0” y “1”, sino también en superposiciones de ambos.

Hans-Georg Babin produjo las muestras de semiconductores de alta pureza para el experimento en la Universidad Ruhr de Bochum bajo la supervisión del Dr. Arne Ludwig en la Cátedra de Física Aplicada del Estado Sólido dirigida por el profesor Andreas Wieck.

En el proceso, los investigadores aumentaron la homogeneidad del conjunto de puntos cuánticos y aseguraron la alta pureza de las estructuras producidas.

Estas medidas facilitaron la realización de los experimentos por parte de los socios chinos que trabajan con Jun-Yong Yan y Feng Liu.

Fuente: Rexmolon