Para construir las computadoras cuánticas del mañana, algunos investigadores están recurriendo a excitones oscuros, que son pares unidos de un electrón y la ausencia de un electrón llamado agujero. Como un bit cuántico prometedor, o qubit, puede almacenar información en su estado de rotación, de forma análoga a cómo un bit regular y clásico almacena información en su estado apagado o encendido. Pero un problema es que los excitones oscuros no emiten luz, lo que dificulta determinar sus giros y usarlos para el procesamiento cuántico de información.
Sin embargo, en nuevos experimentos, los investigadores no solo pueden leer los estados de rotación de los excitones oscuros, sino que también pueden hacerlo de manera más eficiente que antes. Su demostración, descrita esta semana en APL Photonics , de AIP Publishing, puede ayudar a los investigadores a ampliar los sistemas de excitón oscuro para construir dispositivos más grandes para la computación cuántica.
"Se requiere una gran extracción de fotones y eficiencia de recolección para llevar los experimentos más allá de la etapa de prueba de principio", dijo Tobias Heindel, de la Universidad Técnica de Berlín.
Cuando un electrón en un semiconductor se excita a un nivel de energía más alto, deja un agujero. Pero el electrón aún puede unirse al agujero cargado positivamente, formando un excitón. Los investigadores pueden atrapar estos excitones en puntos cuánticos, nanoescalapartículas semiconductoras cuyas propiedades cuánticas son como las de los átomos individuales.
Si el electrón y el agujero tienen espines opuestos, las dos partículas pueden recombinarse fácilmente y emitir un fotón. Estos pares de electrones se llaman excitones brillantes. Pero si tienen los mismos espines, el electrón y el agujero no pueden recombinarse fácilmente. El excitónno puede emitir luz y, por lo tanto, se llama excitón oscuro.
Esta oscuridad es parte de por qué los excitones oscuros son qubits prometedores. Debido a que los excitones oscuros no pueden emitir luz, no pueden relajarse a un nivel de energía más bajo. Por lo tanto, los excitones oscuros persisten con una vida relativamente larga, durando más de un microsegundo -mil veces más largo que un excitón brillante y lo suficientemente largo como para funcionar como un qubit
Aún así, la oscuridad plantea un desafío. Debido a que el excitón oscuro está cerrado a la luz, no puede usar fotones para leer los estados de rotación, o cualquier información que pueda contener un qubit de excitón oscuro.
Pero en 2010, un equipo de físicos del Instituto de Tecnología Technion-Israel descubrió cómo penetrar en la oscuridad. Resulta que dos excitones juntos pueden formar un estado metaestable. Cuando este llamado estado de biexciton bloqueado por giro se relajaa un nivel de energía más bajo, deja un excitón oscuro mientras emite un fotón. Al detectar este fotón, los investigadores sabrían que se creó un excitón oscuro.
Para luego leer el giro del excitón oscuro, los investigadores introducen un electrón o agujero adicional. Si el nuevo portador de carga es un electrón giratorio, por ejemplo, se combina con el agujero giratorio del excitón oscuro, formandoun excitón brillante que se descompone rápidamente y produce un fotón. El excitón oscuro se destruye. Pero al medir la polarización del fotón emitido, los investigadores pueden determinar cuál fue el giro del excitón oscuro.
Al igual que en los experimentos de 2010, los nuevos miden excitones oscuros dentro de los puntos cuánticos. Pero a diferencia del estudio anterior, los nuevos experimentos usan una microlente que se ajusta sobre un punto cuántico individual que se seleccionó de antemano. La lente permite a los investigadores capturar ymiden más fotones, cruciales para dispositivos de información cuántica a mayor escala. Su enfoque también les permite elegir los puntos cuánticos más brillantes para medir.
"Esto significa que podemos detectar más fotones de los estados de excitón relacionados por vez, lo que nos permite acceder a los espines de excitón oscuros con mayor frecuencia", dijo Heindel.
La medición de los espines del excitón oscuro también revela la frecuencia de su precesión, una oscilación entre un estado en el que los espines están hacia arriba o hacia abajo. Se necesita saber este número, explicó Heindel, cuando se usan excitones oscuros para generar estados cuánticos de luz queson prometedoras para aplicaciones de información cuántica. Para estos estados, llamados estados de agrupación de fotones enredados, las propiedades mecánicas cuánticas se conservan incluso si se destruyen partes del estado, necesarias para sistemas de información cuántica resistentes a errores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :