Los investigadores han creado con éxito puntos cuánticos definidos eléctricamente en heteroestructuras de óxido de zinc (ZnO), lo que marca un hito importante en el desarrollo de la tecnología cuántica.
Sus avances se publicaron en revistas detalladas. comunicación de la naturaleza El 7 de noviembre de 2024.
Los puntos cuánticos, pequeñas estructuras semiconductoras que pueden atrapar electrones en espacios de escala nanométrica, han sido estudiados durante mucho tiempo por su potencial para actuar como qubits en la computación cuántica. Estos puntos son cruciales para la computación cuántica porque permiten a los científicos controlar el comportamiento de los electrones, del mismo modo que un conductor puede controlar el flujo de agua a través de una tubería.
Hasta ahora, la mayor parte de la investigación se ha centrado en materiales como el arseniuro de galio (GaAs) y el silicio. Sin embargo, el óxido de zinc, un material conocido por su fuerte correlación electrónica y su excelente coherencia cuántica de espín, aún no se ha explorado para su uso en puntos cuánticos definidos eléctricamente, es decir, aquellos creados y controlados mediante métodos eléctricos.
En este estudio, el equipo de investigación pudo manipular los estados internos de los puntos cuánticos en óxido de zinc utilizando un control de voltaje preciso, como ajustar los diales de una radio para sintonizar una señal. El invento les permitió observar los diamantes de Coulomb, una característica clave de los puntos cuánticos, lo que les permitió conocer el comportamiento de los electrones atrapados en su interior.
“El diamante de Coulomb es como una huella digital que ayuda a identificar la ‘personalidad’ única de cada punto cuántico”, señaló Tomohiro Otsuka, profesor asociado de la Universidad de Tohoku y autor correspondiente del artículo. “Utilizando el óxido de zinc, estamos abriendo nuevas fronteras en el desarrollo de qubits eficientes y estables, la base de la computación cuántica”.
Uno de los resultados más significativos de esta investigación fue el descubrimiento del efecto Kondo en puntos cuánticos de óxido de zinc. El efecto Kondo, un fenómeno cuántico en el que las interacciones de los electrones crean conducción, generalmente depende de la cantidad de electrones en un punto cuántico. Sin embargo, en el óxido de zinc, los investigadores observaron este efecto incluso cuando el número de electrones no se ajustaba al patrón habitual. Este nuevo comportamiento, junto con la fuerte correlación electrónica del material, añade otra capa de complejidad y potencial a los dispositivos cuánticos basados en óxido de zinc.
“El efecto Kondo que observamos es diferente de lo que normalmente vemos en otros semiconductores como el GaAs”, añade Otsuka. “Esta diferencia puede ayudarnos a comprender mejor el comportamiento de los electrones en este nuevo material y mejorar nuestra capacidad para controlar y manipular qubits”.
De cara al futuro, el equipo se centra en explotar estos nuevos hallazgos para desarrollar dispositivos cuánticos prácticos.