Los físicos de la Universidad Técnica de Múnich, el Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Universidad de Stanford EE. UU. Han rastreado los mecanismos de nanoestructura de semiconductores que pueden provocar la pérdida de información almacenada y han detenido la amnesia utilizando un campo magnético externo.Las nanoestructuras comprenden materiales semiconductores comunes compatibles con los procesos de fabricación estándar.
Los bits cuánticos, qubits para abreviar, son los elementos lógicos básicos del procesamiento de información cuántica QIP que pueden representar el futuro de la tecnología informática. Dado que procesan problemas de una manera mecánica cuántica, tales computadoras cuánticas podrían algún día resolver problemas complejosmucho más rápido de lo que es posible actualmente, por lo que esperan los investigadores.
En principio, existen varias posibilidades de implementar qubits: los fotones son una opción tan viable como los iones confinados o los átomos cuyos estados se pueden alterar de manera específica utilizando láseres. Las preguntas clave sobre su uso potencial como unidades de memoria son cuánto tiempola información se puede almacenar en el sistema y qué mecanismos pueden conducir a una pérdida de información.
Un equipo de físicos encabezado por Alexander Bechtold y el profesor Jonathan Finley en el Instituto Walter Schottky de la Universidad Técnica de Munich y la Iniciativa de Nanosistemas Cluster of Excellence Munich NIM ahora han presentado un sistema que comprende un solo electrón atrapado en una nanoestructura semiconductoraAquí, el espín del electrón sirve como portador de información.
Los investigadores pudieron demostrar con precisión la existencia de diferentes mecanismos de pérdida de datos y también demostraron que, no obstante, la información almacenada se puede retener mediante un campo magnético externo.
Electrones atrapados en un punto cuántico
Los físicos de TUM evaporaron arseniuro de indio y galio sobre un sustrato de arseniuro de galio para formar su nanoestructura. Como resultado de la diferente separación de la red de los dos materiales semiconductores, se produce tensión en la interfaz entre las rejillas de cristal. El sistema forma así una escala nanométrica"colinas" - los llamados puntos cuánticos.
Cuando los puntos cuánticos se enfrían a temperaturas de helio líquido y se excitan ópticamente, se puede atrapar un solo electrón en cada uno de los puntos cuánticos. Los estados de espín de los electrones se pueden usar como almacenes de información. Los pulsos de láser pueden leer y alterarlos estados ópticamente desde el exterior. Esto hace que el sistema sea ideal como un bloque de construcción para futuras computadoras cuánticas.
Girar hacia arriba o hacia abajo corresponden a las unidades de información lógica estándar 0 y 1. Pero, además de esto, vienen estados intermedios adicionales de superposiciones ascendentes y descendentes de la mecánica cuántica.
Mecanismos de pérdida de memoria desconocidos hasta ahora
Sin embargo, hay un problema: "Descubrimos que la deformación en el material semiconductor conduce a un mecanismo nuevo y hasta hace poco desconocido que resulta en la pérdida de información cuántica", dice Alexander Bechtold. La deformación crea diminutos campos eléctricos enel semiconductor que influye en la orientación del espín nuclear de los núcleos atómicos.
"Es una especie de efecto piezoeléctrico", dice Bechthold. "Da lugar a fluctuaciones incontroladas en los espines nucleares." Estos pueden, a su vez, modificar el espín de los electrones, es decir, la información almacenada. La información se pierde dentro de ununos cientos de nanosegundos.
Además, el equipo de Alexander Bechthold pudo proporcionar evidencia concreta de otros mecanismos de pérdida de información, por ejemplo, que los espines de electrones generalmente están influenciados por los espines de los 100.000 núcleos atómicos circundantes.
Prevención de la amnesia mecánica cuántica
"Sin embargo, ambos canales de pérdida se pueden apagar cuando se aplica un campo magnético de alrededor de 1,5 tesla", dice Bechtold. "Esto corresponde a la fuerza del campo magnético de un imán permanente fuerte. Estabiliza los espines nucleares y la información codificadapermanece intacta."
"En general, el sistema es extremadamente prometedor", según Jonathan Finley, jefe del grupo de investigación. "Los puntos cuánticos semiconductores tienen la ventaja de que armonizan perfectamente con la tecnología informática existente, ya que están hechos de material semiconductor similar".incluso podrían estar equipados con contactos eléctricos, lo que les permite ser controlados no solo ópticamente con un láser, sino también con pulsos de voltaje.
La investigación fue financiada por la Unión Europea S3 Nano y BaCaTeC, el Departamento de Energía de EE. UU., La Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. ARO, la Fundación de Investigación Alemana DFG Cluster of Excellence Nanosystems Munich NIM y SFB 631, la Fundación Alexander von Humboldt, así como el Instituto TUM de Estudios Avanzados Grupo de enfoque nanofotónica y óptica cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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