Los investigadores han observado los efectos cuánticos en los electrones apretándolos en 'cables cuánticos' unidimensionales y observando las interacciones entre ellos. Los resultados podrían usarse para ayudar en el desarrollo de tecnologías cuánticas, incluida la computación cuántica.
Los científicos han controlado los electrones empaquetándolos con tanta fuerza que comienzan a mostrar efectos cuánticos, utilizando una extensión de la tecnología utilizada actualmente para hacer procesadores de computadora. La técnica, informó en la revista Comunicaciones de la naturaleza , tiene propiedades descubiertas de materia cuántica que podrían allanar el camino a nuevas tecnologías cuánticas.
La capacidad de controlar los electrones de esta manera puede sentar las bases para muchos avances tecnológicos, incluidas las computadoras cuánticas que pueden resolver problemas fundamentalmente intratables por la electrónica moderna. Sin embargo, antes de que tales tecnologías se vuelvan prácticas, los investigadores deben comprender mejor las ondas cuánticas o similares a las ondas, partículas y, lo que es más importante, las interacciones entre ellas.
Exprimir electrones en un 'cable cuántico' unidimensional amplifica su naturaleza cuántica hasta el punto de que se puede ver, midiendo a qué energía y longitud de onda o momento se pueden inyectar electrones en el cable.
"Piense en un vagón de tren lleno de gente, con personas paradas apretadas todo el camino por el centro del vagón", dijo el profesor Christopher Ford del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, uno de los coautores del artículo. "Si alguien lo intenta".para entrar por una puerta, tienen que empujar un poco a las personas más cercanas para hacer espacio. A su vez, esas personas empujan ligeramente a sus vecinos, y así sucesivamente. Una ola de compresión pasa por el carro, a cierta velocidadde cómo las personas interactúan con sus vecinos, y esa velocidad probablemente depende de cuán fuerte fueron empujados por la persona que subió al tren. Al medir esta velocidad, uno podría aprender sobre las interacciones ".
"Lo mismo es cierto para los electrones en un cable cuántico: se repelen entre sí y no pueden pasar, por lo que si un electrón entra o sale, excita una onda de compresión como las personas en el tren", dijo el primer autor del artículoDra. Maria Moreno, también del Laboratorio Cavendish.
Sin embargo, los electrones tienen otra característica, su momento angular o "giro", que también interactúa con sus vecinos. El giro también puede activar una onda que transporta energía a lo largo del cable, y esta onda de giro viaja a una velocidad diferente a la onda de cargaLa medición de la longitud de onda de estas ondas a medida que varía la energía se llama espectroscopía de túnel. Los investigadores de las universidades de Harvard y Cambridge detectaron experimentalmente las ondas separadas de espín y carga.
Ahora, en el artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores de Cambridge han ido un paso más allá, para probar las últimas predicciones de lo que debería suceder a altas energías, donde se rompe la teoría original.
Una ráfaga de actividad teórica en la última década ha llevado a nuevas predicciones de otras formas de ondas excitantes entre los electrones: es como si la persona que ingresa al tren empuja con tanta fuerza que algunas personas se caen y golpean a otras mucho más abajocarro. Estos nuevos 'modos' son más débiles que las ondas de giro y carga y, por lo tanto, son más difíciles de detectar.
Los colaboradores de los investigadores de Cambridge de la Universidad de Birmingham predijeron que habría una jerarquía de modos correspondiente a la variedad de formas en que las interacciones pueden afectar las partículas de mecánica cuántica, y los modos más débiles deberían ser más fuertes en muy poco tiempocables
Para hacer un conjunto de tales cables cortos, el grupo de Cambridge se dedicó a idear una forma de hacer contacto con un conjunto de 6000 tiras estrechas de metal que se utilizan para crear los cables cuánticos a partir del material semiconductor de arseniuro de galio GaAs.requirió una capa adicional de metal en forma de puentes entre las tiras.
Al variar el campo magnético y el voltaje, el túnel de los cables a una hoja de electrones adyacente podría mapearse, y esto reveló evidencia de las curvas adicionales predichas, donde puede verse como una réplica invertida del girocurva.
Estos resultados ahora se aplicarán para comprender y controlar mejor el comportamiento de los electrones en los componentes básicos de una computadora cuántica.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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