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(noticias nanowerk) Cuando piensas en el espacio vacío, es casi seguro que estás imaginando un vacío en el que nunca puede suceder nada interesante. Sin embargo, cuando nos acercamos a escalas de longitud diminutas donde los efectos cuánticos se vuelven más importantes, resulta que lo que pensaba que estaba vacío en realidad está lleno de una masa hirviente de actividad electromagnética en todo momento a medida que los fotones virtuales estallan y desaparecen nuevamente. Este fenómeno inesperado se conoce como campo de fluctuación del vacío. Sin embargo, debido a que estas fluctuaciones en la energía luminosa son tan pequeñas y fugaces en el tiempo, es difícil encontrar formas para que la materia interactúe con ellas, especialmente dentro de un único dispositivo integrado.
En un estudio publicado este mes en nano letras (“Detección eléctrica de interacción coherente ultrafuerte entre campos de terahercios y electrones utilizando contactos de puntos cuánticos”), investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio lograron crear un único sistema híbrido a nanoescala para lograr exactamente esto. En su diseño, un contacto de punto cuántico conecta un único resonador de anillo dividido en el chip a un sistema de electrones bidimensional.
El resonador de anillo dividido, que es un bucle metálico cuadrado de tamaño nanométrico con un pequeño espacio, responde con mayor fuerza cuando se excita con frecuencias resonantes específicas de radiación electromagnética de terahercios. Si bien las mediciones ópticas tradicionales requerían anteriormente matrices con muchos resonadores, el equipo ahora puede detectar un acoplamiento ultrafuerte utilizando un único resonador de anillo dividido de terahercios conectado a electrones 2D.
Para facilitar el procesamiento de información cuántica en el futuro, es importante poder determinar el estado cuántico utilizando una estructura de resonador único y simple. Este objetivo también se puede lograr mediante sensores eléctricos en lugar de ópticos, utilizando contacto eléctrico de puntos cuánticos.
«Se dice que la materia que puede interactuar con las fluctuaciones del vacío del campo electromagnético se encuentra en la región de acoplamiento ultrafuerte», afirma el autor principal del estudio, Kazuyuki Kuroyama.
El experimento demostró que la señal actual en la unión de puntos cuánticos podría usarse para detectar el acoplamiento ultrafuerte del resonador de anillo dividido único con el gas de electrones 2D. Además, en el contacto del punto cuántico se podía medir la corriente eléctrica incluso sin la influencia de radiación externa. Las modulaciones de la corriente llevaron a los investigadores a concluir que las interacciones entre el gas de electrones 2D y las fluctuaciones del campo de vacío del resonador todavía se producen incluso en ausencia de radiación de terahercios.
«Nuestros resultados podrían habilitar sensores cuánticos altamente sensibles basados en el acoplamiento entre las fluctuaciones del vacío y un dispositivo cuántico híbrido integrado», especula Kazuhiko Hirakawa, autor principal.
Los resultados de este estudio no sólo podrían aprender más sobre las leyes fundamentales de la naturaleza a escalas muy pequeñas, sino también ayudar a desarrollar futuras computadoras cuánticas que puedan utilizar fenómenos comunes para procesar o transmitir datos.
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