Los físicos de la Universidad de Basilea pueden mostrar por primera vez cómo se ve un solo electrón en un átomo artificial. Un método recientemente desarrollado les permite mostrar la probabilidad de que un electrón esté presente en un espacio. Esto permite un mejor control deespines electrónicos, que podrían servir como la unidad de información más pequeña en una futura computadora cuántica. Los experimentos se publicaron en Cartas de revisión física y la teoría relacionada en Revisión física B .
El giro de un electrón es un candidato prometedor para usar como la unidad de información más pequeña qubit de una computadora cuántica. Controlar y cambiar este giro o acoplarlo con otros giros es un desafío en el que trabajan numerosos grupos de investigación en todo el mundo.La estabilidad de un solo giro y el enredo de varios giros depende, entre otras cosas, de la geometría de los electrones, que anteriormente había sido imposible de determinar experimentalmente.
Solo posible en átomos artificiales
Los científicos en los equipos encabezados por los profesores Dominik Zumbühl y Daniel Loss del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea ahora han desarrollado un método por el cual pueden determinar espacialmente la geometría de los electrones en los puntos cuánticos.
Un punto cuántico es una trampa potencial que permite confinar electrones libres en un área que es aproximadamente 1000 veces más grande que un átomo natural. Debido a que los electrones atrapados se comportan de manera similar a los electrones unidos a un átomo, los puntos cuánticos también se conocen como "artificiales".átomos "
El electrón se mantiene en el punto cuántico mediante campos eléctricos. Sin embargo, se mueve dentro del espacio y, con diferentes probabilidades correspondientes a una función de onda, permanece en ciertos lugares dentro de su confinamiento.
La distribución de carga arroja luz
Los científicos usan mediciones espectroscópicas para determinar los niveles de energía en el punto cuántico y estudiar el comportamiento de estos niveles en campos magnéticos de fuerza y orientación variables. Según su modelo teórico, es posible determinar la densidad de probabilidad del electrón y, por lo tanto, sufunción de onda con precisión en la escala subnanométrica.
"En pocas palabras, podemos usar este método para mostrar cómo se ve un electrón por primera vez", explica Pérdida.
Mejor comprensión y optimización
Los investigadores, que trabajan en estrecha colaboración con colegas en Japón, Eslovaquia y los EE. UU., Obtienen una mejor comprensión de la correlación entre la geometría de los electrones y el giro de los electrones, que debe ser estable el mayor tiempo posible y rápidamente intercambiable para su usocomo un qubit.
"No solo podemos mapear la forma y orientación del electrón, sino también controlar la función de onda de acuerdo con la configuración de los campos eléctricos aplicados. Esto nos da la oportunidad de optimizar el control de los espines de una manera muy específica", dice Zumbühl.
La orientación espacial de los electrones también juega un papel en el enredo de varios espines. De manera similar a la unión de dos átomos a una molécula, las funciones de onda de dos electrones deben estar en un plano para un enredo exitoso.
Con la ayuda del método desarrollado, numerosos estudios anteriores pueden entenderse mejor y el rendimiento de los qubits de spin puede optimizarse aún más en el futuro.
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Materiales proporcionado por Universidad de Basilea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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