Red de islas cuánticas podría revelar secretos para tecnologías poderosas

Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) crearon redes de pequeños grupos de átomos conocidos como puntos cuánticos y estudiaron lo que sucede cuando los electrones se sumergen en estos archipiélagos de islas atómicas.

Medir el comportamiento de los electrones en estas configuraciones relativamente simples promete conocimientos profundos sobre cómo se comportan los electrones en materiales complejos del mundo real y podría ayudar a los investigadores a diseñar dispositivos que hagan posibles poderosas computadoras cuánticas y otras tecnologías innovadoras.

Los investigadores crearon múltiples cuadrículas de 3 por 3 de puntos cuánticos espaciados con precisión, cada uno de los cuales comprende de uno a tres átomos de fósforo.

Adjuntos a las rejillas había cables eléctricos y otros componentes que permitían que los electrones fluyeran a través de ellos.

Las rejillas proporcionaron campos de juego en los que los electrones podían comportarse en condiciones casi ideales, similares a las de un libro de texto, libres de los efectos confusos de los materiales del mundo real.

Los investigadores inyectaron electrones en las rejillas y observaron cómo se comportaban a medida que los investigadores variaban las condiciones, como el espacio entre los puntos.

Para las cuadrículas en las que los puntos estaban cerca, los electrones tendían a dispersarse y actuar como ondas, existiendo esencialmente en varios lugares al mismo tiempo.

Cuando los puntos estaban muy separados, a veces quedaban atrapados en puntos individuales, como electrones en materiales con propiedades aislantes.

Las versiones avanzadas de la red permitirían a los investigadores estudiar el comportamiento de los electrones en entornos controlables con un nivel de detalle que sería imposible de simular con precisión para las computadoras convencionales más poderosas del mundo.

Abriría la puerta a “simuladores cuánticos analógicos” completos que revelan los secretos de materiales exóticos como los superconductores de alta temperatura.

También podría proporcionar pistas sobre cómo crear materiales, como aislantes topológicos, controlando la geometría de la matriz de puntos cuánticos.

En un trabajo relacionado recién publicado en ACS Nano, los mismos investigadores del NIST mejoraron su método de fabricación para que ahora puedan crear de manera confiable una matriz de puntos idénticos, igualmente espaciados con exactamente un átomo cada uno, lo que lleva a entornos aún más ideales necesarios para un simulador cuántico completamente preciso.

Los investigadores se han propuesto hacer un simulador de este tipo con una cuadrícula más grande de puntos cuánticos: una matriz de puntos de 5×5 puede producir un comportamiento de electrones rico que es imposible de simular incluso en las supercomputadoras más avanzadas.

Fuente: Phys.org