Desarrollan un átomo artificial en grafeno para la computación cuántica

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Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Viena (Austria), la Universidad RWTH Aachen (Alemania) y la Universidad de Manchester (Reino Unido) ha conseguido desarrollar átomos artificiales en grafeno, un avance que abre muchas posibilidades para la computación cuántica

Este átomo artificial se trata de una "prisión cuántica", es decir, un espacio reducido y acotado donde los electrones se comportan de una forma muy distinta a como lo hacen en el espacio libre. Solo tienen la posibilidad de ocupar niveles discretos de energía, al igual que los electrones que forman parte de un átomo normal, y es por este motivo por el que a esta estructura creada en el laboratorio se la denomina átomo artificial.

Los átomos artificiales tienen la ventaja de que pueden ofrecer más propiedades que los convencionales y, por tanto, tienen un gran potencial para muchas aplicaciones, entre las que se encuentran la computación cuántica. "Los átomos artificiales abren nuevas y excitantes posibilidades, ya que podemos dirigir sus propiedades", asegura Joachim Burgdorfer, profesor de la Universidad Técnica de Viena. 

Hasta el momento ya se había demostrado que es posible capturar los electrones del átomo en pequeños confinamientos, conocidos como puntos cuánticos, en materiales semiconductores, por ejemplo el arseniuro de galio. Ahora, este equipo de científicos ha conseguido crear estas estructuras en grafeno, y ha demostrado sus propiedades excepcionales en un estudio, cuyos resultados han sido publicados en la revista Nano Letters

Átomo artificial en grafeno

Al igual que en un átomo, donde los electrones solo pueden rodear el núcleo en órbitas determinadas, en los puntos cuánticos los electrones son forzados en estados cuánticos discretos. Además, gracias al grafeno se abren posibilidades más interesantes. De acuerdo con Florian Libisch de la Universidad Técnica de Viena, "en la mayoría de materiales, los electrones pueden ocupar dos estados cuánticos diferentes a una energía dada. La alta simetría de la red de grafeno permite cuatro estados cuánticos distintos. Esto abre nuevas vías para el tratamiento de la información cuántica y el almacenamiento".

¿Qué es la computación cuántica?

Los átomos artificiales creados en grafeno allanan el camino para el desarrollo de nuevos experimentos cuánticos. Por ejemplo, la posibilidad de cuatro estados cuánticos es especialmente interesante para las aplicaciones de almacenamiento de información. Además, los electrones pueden preservar superposiciones arbitrarias durante mucho tiempo, una propiedad ideal para los ordenadores cuánticos. 

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El nuevo método tiene la ventaja de que es escalable, lo que permite instalar muchos átomos artificiales en un pequeño chip con la finalidad de utilizarlos para aplicaciones de información cuántica.