Las computadoras cuánticas prometen una gran mejora en la velocidad sobre las computadoras binarias clásicas. Las computadoras se basan en bits cuánticos, o "qubits", un sistema que puede existir en más de un estado al mismo tiempo, lo que permite a las computadoras considerar múltiples soluciones simultáneamenteLos plasmones, las cuasipartículas que surgen del movimiento colectivo de electrones en la superficie de un metal, pueden modificar fuertemente el comportamiento de la luz cercana y podrían ser fundamentales para construir algunos de los componentes clave de un circuito cuántico. Pero se debe aprender mucho más sobresus efectos para desarrollarlos como material.
"Realmente necesitamos entender fundamentalmente cómo interactúan la luz y la materia en la vecindad de estas nanopartículas plasmónicas, nanopartículas en las que los plasmones pueden excitarse, para poder desarrollar los mejores dispositivos posibles", dijo Esther Wertz, unaexperto en interacciones de materia ligera que recientemente se unió a la facultad del Instituto Politécnico Rensselaer RPI. "El desafío es que, debido a que la esfera de influencia alrededor del plasmón es tan pequeña, experimentalmente ha sido muy difícil probar esa interacción."
Wertz, profesor asistente de física, física aplicada y astronomía en la Facultad de Ciencias de Rensselaer, utiliza una técnica de espectroscopía óptica conocida como imágenes de súper resolución para investigar las interacciones de la materia luminosa en las proximidades de nanopartículas metálicas en las que los plasmonespuede ser excitado. La técnica, desarrollada para aplicaciones biológicas, permite a los investigadores ubicar objetos fluorescentes con una precisión superior a 250 nanómetros, el límite convencional para la microscopía óptica. Esto lo hace ideal para observar estas interacciones de materia de luz alrededor de nanopartículas plasmónicas,partículas de aproximadamente 50 a 150 nanómetros de diámetro sobre las cuales los plasmones pueden excitarse con luz y que ejercen su mayor influencia, o "campo electromagnético mejorado", en una circunferencia de aproximadamente 20 nanómetros.
Wertz está particularmente interesado en cómo los plasmones pueden afectar las propiedades de un solo emisor: una molécula fluorescente, un punto cuántico o sistemas similares que pueden absorber y liberar energía en forma de fotones individuales de luz. Cuando un solo emisor absorbe luz, la energía se transfiere a un electrón y se dice que el emisor existe en un estado de "materia". Cuando se libera la energía, se emite en forma de fotón, que es un estado de "luz".
El entorno que rodea a un solo emisor afecta fuertemente sus propiedades. Cuando se coloca cerca de un plasmón, los cambios incluyen qué tan rápido y qué tan bien emitirá la luz el emisor único, la longitud de onda de la luz emitida y el ángulo y la posición de emisión deesa luz. Aún más intrigantes son los efectos de dos plasmones cerca uno del otro y de un solo emisor. En la unión entre los dos plasmones, la influencia que ejercen es particularmente mayor.
"Si coloco un solo emisor en un lugar donde las propiedades mejoradas son óptimas, puedo entrar en un régimen donde la luz y la materia interactúan tan fuertemente que no se puede distinguir qué es la luz y qué es la materia", dijo Wertz."Entras en un régimen en el que hay una oscilación coherente entre el estado de luz y materia. Y el sistema resultante se comporta como un estado de materia de luz coherente: ya no puedes distinguir cuando está en un estado de luz o de materia;se comporta como una mezcla de ambos al mismo tiempo "
Este esquema es de particular interés para las aplicaciones cuánticas, que se basan en la existencia simultánea de múltiples estados. En plasmónica, el efecto depende mucho de la distancia, con propiedades que se encuentran a un nanómetro de la partícula que varía ampliamente de esos 50 nanómetros de distancia. Pero mientrasSe ha observado este fenómeno, no se entiende lo suficientemente bien como para predecir o diseñar sistemas.
"Uno de los objetivos es ser capaz de obtener una comprensión fundamental de 'si hago esto, necesariamente sucederá'", dijo Wertz. "Con ese conocimiento en la mano, estos materiales pueden desarrollarse para todo tipo de cuánticadispositivos: computadoras cuánticas, criptografía cuántica. Pero primero necesitamos la comprensión ".
Wertz obtuvo una licenciatura y una maestría en física de la Universidad de París 7, y un doctorado en física de la Universidad de París Sud - 11. Recibió el Premio PicoQuant Young Investigator. Antes de unirse a Rensselaer, Wertz trabajócomo investigador postdoctoral en la Universidad de Michigan, investigando el uso de técnicas de molécula única para investigar las interacciones entre las antenas plasmónicas y los colorantes y proteínas fluorescentes individuales.
El trabajo de Wertz es un ejemplo de cómo Rensselaer encarna The New Polytechnic, un nuevo paradigma para la enseñanza, el aprendizaje y la investigación. Rensselaer lidera mediante el uso de tecnologías avanzadas para unir una multiplicidad de disciplinas y perspectivas, a fin de asumir grandes desafíos multifacéticos.transformarse de tres maneras fundamentales: en el impacto global de nuestra investigación, en nuestra pedagogía innovadora y en la vida de nuestros estudiantes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer RPI . Original escrito por Mary L. Martialay. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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