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Domingo , 24.03.2019 / 15:48 Hoy

Se descubrió que...

Mínima información: un electrón ausente

Luis González de Alba

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Suplico paciencia. Repasemos terreno firme. La información en nuestras computadoras es binaria, construida con dos dígitos: 0 y 1, cada dígito es un bit de información. Los transistores actuales consisten en un puente por el que cruza electricidad= 1, o no cruza= 0. Esa información se acumula en hileras de bits llamados byts.

Los transistores se han reducido hasta crear circuitos con miles en un circuito impreso de pocos centímetros. Lo ideal es llevarlos hasta el límite que nos imponga la naturaleza, no la técnica. Si debe cruzar o no una corriente eléctrica, ¿cuál es el mínimo de electricidad?: su quántum: un solo electrón. Pero en ese mundo subatómico nos topamos con una característica llamada superposición de estados: el electrón es onda y es partícula al mismo tiempo, sigue un camino y a la vez otro.

La característica más conocida del electrón es su carga eléctrica: es negativa. Otra, compartida con todas las partículas subatómicas, es su espín (del inglés spin giro), pero no es una bolita que gira porque tampoco es bolita y no tiene representación en términos de coordenadas espaciales. Hablar de giro o de momentum es útil como imagen si no nos la creemos. Dejémoslo en que es una característica intrínseca del electrón o de cualquier otra partícula subatómica, su momento angular. Digamos que desde el exterior se manipulan los estados del espín S o T0, simplifiquemos A o B. Así puedo crear un sistema en que el lenguaje binario (0,1) dependa de la dirección del espín, A o B. Pero, puesto que estoy en el mundo de Alicia, puede ser A y B al mismo tiempo. Y así tengo un bit cuántico o qubit. Es lo que necesito para una computadora cuántica que haga en segundos lo que las supercomputadoras de hoy tardarían siglos (y por eso las claves militares y bancarias son seguras... todavía...)

Hasta aquí está fácil. Viene lo peor. Un equipo de Alemania, Francia y Suiza ha producido qubits, lo cual ya se hace a diario, pero la interferencia del medio dificulta conservar la información el tiempo necesario para procesarla. Así que investigadores de las universidades del Ruhr, Lyon y Basilea buscaron una solución que acaban de publicar en el journal Nature Materials. Para los qubits basados en electrones se tiene un electrón atrapado en un minúsculo semiconductor (conduce o no electricidad según variables establecidas), y eso se llama quantum dot o punto cuántico. “El espín hace del electrón un pequeño magneto. Los investigadores pueden manipular el espín por medio de un campo magnético externo. La dirección del espín se usa para codificar información”.

Surge un problema porque el punto cuántico “está rodeado de átomos que también generan campos magnéticos y éstos distorsionan al azar el campo magnético externo”, el creado por los investigadores para manipular el espín. Esto “interfiere con la programación y lectura de los qubits”: el sistema está sumido en “ruido”. La solución fue “remover un electrón específico; así tuvieron un hueco de carga positiva”.

¿El hueco dejado por el electrón, de carga negativa, tiene carga positiva? En secundaria esto no resultaba tan increíble: cuando un átomo perdía un electrón quedaba una valencia, un faltante, que desbalanceaba el átomo y ya no era neutro. Pero el equipo nos dice que esos hoyos de electrón faltante “también tienen un espín. Los investigadores pueden manipularlos con un campo magnético para codificar información. Como los hoyos tienen carga positiva se desacoplan de los núcleos, también de carga positiva por ser protones [cargas iguales se repelen]. Es la razón por la que son virtualmente inmunes a las fuerzas de interferencia de los espín nucleares”.

Hay un problema: “Este método sólo es aplicable a bajas temperaturas ya que los agujeros de electrón son más sensibles a la temperatura tibia que los electrones”.

Andreas Wieck, y Arne Ludwig colaboraron, con otros, en el proyecto encabezado por el suizo Richard Warburton.

Medalla BELISARIO DOMÍNGUEZ 2016 para Gonzalo Rivas Cámara, que salvó cientos de vidas a costa de la suya: #BelisarioParaGonzaloRivas

Novedad: Mi último tequila, autobiografía procaz. Cal y Arena.

www.luisgonzalezdealba.com

Twitter: @LuisGonzlezdeA

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