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Las propiedades de los electrones facilitarán el transporte de información cuántica

El CSIC descubre que el "bloqueo de espín" permite que las partículas se propaguen de maneras antiintuitivas


Un equipo de investigadores del CSIC, entre otros, ha medido y analizado por primera vez un fenómeno denominado "bloqueo de espín" en el transporte electrónico a través de un circuito de tres puntos cuánticos, o átomos artificiales, acoplados entre sí. El fenómeno provoca que los electrones se propaguen de un extremo a otro sin ocupar la región intermedia, algo que resulta antiintuitivo. El trabajo podría permitir en un futuro facilitar el transporte de información en los ordenadores cuánticos.




La figura de arriba muestra la corriente a través de tres puntos cuánticos, en un campo magnético de 0.2 Teslas en las dos direcciones del voltaje.  La corriente se apaga en las regiones de bloqueo de espín (“Spin Blockade”). En la figura de abajo, se muestra la corriente a través de tres puntos cuánticos sin la presencia de un campo magnético. Las líneas L-R indican corriente electrónica de izquierda (L) a  derecha (R) sin pasar por el punto cuántico central. Fuente: CSIC.
La figura de arriba muestra la corriente a través de tres puntos cuánticos, en un campo magnético de 0.2 Teslas en las dos direcciones del voltaje. La corriente se apaga en las regiones de bloqueo de espín (“Spin Blockade”). En la figura de abajo, se muestra la corriente a través de tres puntos cuánticos sin la presencia de un campo magnético. Las líneas L-R indican corriente electrónica de izquierda (L) a derecha (R) sin pasar por el punto cuántico central. Fuente: CSIC.
Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con el National Research Council of Canada, ha medido y analizado por primera vez un fenómeno denominado "bloqueo de espín" en el transporte electrónico a través de un circuito de tres puntos cuánticos, o átomos artificiales, acoplados entre sí.

El trabajo, publicado en la revista Nature Nanotechnology, abre una nueva vía para la manipulación de bits cuánticos, los componentes básicos de los ordenadores del futuro, y para la transferencia eficiente de información entre dos regiones distantes.

Los electrones no sólo poseen carga, sino también otra propiedad que se manifiesta en dispositivos extremadamente pequeños, que requieren de la mecánica cuántica para ser descritos: el espín.

“Se trata de una propiedad que define el estado del electrón. Uno puede imaginarse un electrón con el espín apuntando hacia arriba, girando en el sentido de las agujas del reloj y, por el contrario, con el espín hacia abajo, girando en el sentido contrario a las mismas”, explica la investigadora del CSIC Gloria Platero, que trabaja en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, en la nota de prensa.

De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, una ley fundamental de la mecánica cuántica enunciada por Wolfgang Ernst Pauli en 1925, dos electrones no pueden tener números cuánticos iguales, que son los que definen su estado. En este trabajo, esto se traduce en que no pueden tener los espines apuntando en la misma dirección en un mismo punto cuántico.

Platero precisa: “Por tanto, si hay un electrón con espín hacia arriba en un átomo o punto cuántico de la cadena, otro electrón situado en el átomo vecino con el espín hacia arriba no puede pasar al primero y se queda bloqueado en el punto cuántico en el que se encuentra inicialmente. Este fenómeno se denomina bloqueo de espín y provoca que la corriente electrónica a través de la cadena de puntos cuánticos decrezca abruptamente y deje de fluir a través del circuito”.

Los científicos han estudiado este fenómeno a través de tres puntos cuánticos y han observado que el efecto es además bipolar, ya que ocurre cuando se aplica un voltaje a ambos extremos de la cadena en un sentido o en el inverso. La interrupción de la corriente debido al bloqueo de espines permite manipular los bits cuánticos confinados en estos sistemas, una manipulación potencialmente más versátil y rica que en otros estudiados en trabajos previos.

Nuevos horizontes

La investigación abre nuevos horizontes para su potencial aplicación en la computación e información cuántica. “Otra propiedad sorprendente es que, en este circuito, los electrones se transfieren entre los extremos sin ocupar la región intermedia gracias a una propiedad fundamental de la mecánica cuántica: la coherencia cuántica ”, indica la investigadora del CSIC.

Según el equipo español implicado en el trabajo, los resultados son un primer paso para diseñar y analizar el transporte electrónico a través de cadenas de más de tres puntos cuánticos.

Las potenciales aplicaciones tendrían proyección, no sólo en campos como la información y computación cuánticas, sino también en la espintrónica, donde el espín, en lugar de la carga, es el que determina las propiedades del circuito nanoelectrónico.

“Hemos demostrado que es posible transportar electrones de un extremo a otro sin ocupar la región intermedia en sistemas de dimensión nanométrica. Los procesadores cuánticos, que requieren mantener intacta la transferencia de datos a largas distancias, podrían llegar a beneficiarse de este estudio”, resaltan los investigadores.

Referencia bibliográfica:

M. Busl, G. Granger, L. Gaudreau, R. Sánchez, A. Kam, M. Pioro-Ladrière, S. A. Studenikin, P. Zawadzki, Z. R. Wasilewski, A. S. Sachrajda y G. Platero. Bipolar spin blockade and coherent state superpositions in a triple quantum dot. Nature nanotechnology. DOI: 10.1038/NNANO.2013.7.


CSIC/T21
Martes, 19 de Marzo 2013
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Nota

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1.Publicado por Cornelio González el 21/03/2013 19:19

Bosones o coherencia cuántica y/o Fermiones o incoherencia cuántica: una co- relación no-lineal, es decir, una UNITARIA y TOTAL, Cósmica co-relación recíprocamente inversa.

Esta UNITARIA y TOTAL co-relación inversa se puede plantear así:

A) - 1/eléctrica(s) [luego discontinuo-asimétricas] masa(s) (Einstein)] de cada uno de los dos incoherentes luego singular(es) y mutuamente especular(es) componentes espinoriales del par: fermión-antifermión= ondulatoria energía (Einstein) del continuo-simétrico luego espinorialmente coherente y plural bosón magnético, y/o, a la inversa:

B) - 1/ ondulatoria energía (Einstein) del continuo-simétrico luego espinorialmente coherente y plural bosón magnético = eléctrica(s) [luego discontinuo-asimétricas] masa(s) (Einstein)] de cada uno de los dos incoherentes luego singular(es) y mutuamente especular(es) componentes espinoriales del par: fermión-antifermión= ondulatoria energía (Einstein) del continuo-simétrico luego espinorialmente coherente y plural bosón magnético, de donde:

[Ondulatoria energía (Einstein) del coherente bosón magnético, caracterizado por el número primo 2] x [Eléctrico par másico (Einstein) mutuamente especular e incoherente: fermión-antifermión, tipificado(s) por el numero primo 5) = 1= la UNITARIA TOTALIDAD másico-energética (Einstein) del Cosmos que habitamos

La ocurrencia de esta UNITARIA, TOTAL y Cósmica co-relación recíprocamente inversa entre la continuo-simétrica y ondulatoria coherencia de la energía (Einstein) del bosón magnético y/o la(s) incoherentes luego discontinuo-asimétricas masas (Einstein) eléctricas de cada uno de los dos componentes del mutuamente especular par: fermión-antifermión, tal ocurrencia, repito, se podría deber a la relativista y UNITARIA capacidad de la función de onda cuántica de Schrödinger siempre y cuando a tal onda se la entienda como propagándose* al relativista 0.9999999999999999… (infinitos nueves) de la velocidad de la luz c= 1 y en donde 1= energía/masa, es decir, en donde las einstenianas energía-masa de tal UNITARIA TOTALIDAD Cósmica se hacen equivalentes y en un sentido muy especial: indiscernibles.

Desde el punto de vista hasta aquí planteado y muy especialmente en lo expuesto en el anterior parágrafo, habría explicaciones muy válidas para entender a la espinorial discontinuidad-asimetría o incoherencia, que aparece entre los electrones en las “… regiones de bloqueo de espín (‘Spin Blockade’)…”, según lo expone la investigadora del CSIC, Gloria Platero:

“Los electrones no sólo poseen carga, sino también otra propiedad que se manifiesta en dispositivos extremadamente pequeños, que requieren de la mecánica cuántica para ser descritos: el espín. Se trata de una propiedad que define el estado del electrón. Uno puede imaginarse un electrón con el espín apuntando hacia arriba, girando en el sentido de las agujas del reloj y, por el contrario, con el espín hacia abajo, girando en el sentido contrario a las mismas”, explica Gloria Platero, que trabaja en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid”.

“De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, una ley fundamental de la mecánica cuántica enunciada por Wolfgang Ernst Pauli en 1925, dos electrones no pueden tener números cuánticos iguales y que son los que definen su estado. En este trabajo, esto se traduce en que no se pueden tener los espines apuntando en la misma dirección en un mismo punto cuántico”.

“Platero precisa: ‘Por tanto, si hay un electrón con espín hacia arriba en un átomo o punto cuántico de la cadena, otro electrón situado en el átomo vecino con el espín hacia arriba no puede pasar al primero y se queda bloqueado en el punto cuántico en el que se encuentra inicialmente. Este fenómeno se denomina bloqueo de espín y provoca que la corriente electrónica a través de la cadena de puntos cuánticos decrezca abruptamente y deje de fluir a través del circuito’. (Hasta aquí la cita de Gloria Platero).

En lo que hasta aquí se ha venido comentando y en razón de los mutuamente incluyentes-excluyentes aspectos de continuidad-simetría inherentes a las einstenianas energía-masa de tal UNITARIA TOTALIDAD Cósmica, se puede fácilmente observar que, entre tales energía-masa, literalmente se “crea” una interdependencia física, lógica y ontológica que las lleva, de una forma enteramente natural, a la “creación” de las UNITARIAS y TOTALES fenomenologías naturales que conocemos como la VIDA y la CONSCIENCIA, vale decir, al carácter esencialmente HUMANO de tales fenómenos.

…………………………………………………

* Propagándose, tanto continuamente (bosón magnético), como discontinuamente (eléctrico par mutuamente especular: fermión-antifermión).

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