Las partículas entrelazadas (es decir, aquellas con estados cuánticos que permanecen correlacionados independientemente de la distancia entre ellas) son importantes para muchas tecnologías cuánticas. Los dispositivos llamados divisores de pares de Cooper pueden, en principio, generar tales partículas entrelazadas separando los electrones que se emparejan dentro de materiales superconductores, pero el proceso se consideró demasiado aleatorio e incontrolable para ser de uso práctico.
físicos en Universidad de Aalto En Finlandia han presentado ahora una propuesta teórica que indica que estos pares de electrones podrían, de hecho, dividirse según sea necesario aplicando voltajes dependientes del tiempo a puntos cuánticos colocados a ambos lados de una tira superconductora. La técnica, que preserva el estado entrelazado de los electrones separados, podría ayudar al desarrollo de computadoras cuánticas que utilicen electrones entrelazados como bits cuánticos (qubits).
Cuando un material superconductor convencional se enfría a temperaturas muy bajas, los electrones que contiene superan su repulsión mutua y se emparejan. Estos llamados pares de Cooper se propagan a través del material sin ninguna resistencia. Los electrones emparejados están naturalmente entrelazados, con espines que apuntan en direcciones opuestas. Extraer y separar estos pares de electrones preservando al mismo tiempo su entrelazamiento sería útil para una serie de aplicaciones, incluida la computación cuántica, pero hacerlo no es una tarea fácil.
En el último trabajo, que se detalla en Revisión física B, físicos dirigidos por teóricos Cristiano Flindt proponer una nueva forma de operar un divisor de pares Cooper. Su diseño consiste en una tira superconductora que contiene dos electrodos y está acoplada a dos puntos cuánticos (piezas de material semiconductor de tamaño nanométrico) a cada lado de la tira. Cuando se aplica un voltaje a los electrodos, los electrones emparejados por Cooper dentro del superconductor son atraídos hacia la punta de la tira superconductora y se separan, y cada punto cuántico acomoda un electrón separado a la vez. Estos electrones separados pueden luego pasar a través de un nanocable.
Tensiones dependientes del tiempo
La clave de la configuración del equipo es que el voltaje aplicado al electrodo en un lado de la tira varía en el tiempo de manera que exactamente dos pares de Cooper se dividen y expulsan durante cada oscilación periódica. "En los experimentos realizados hasta ahora, las tensiones aplicadas se mantuvieron constantes", explica Flndt. "En nuestra propuesta, mostramos cómo se puede controlar la división de pares de Cooper aplicando voltajes dependientes del tiempo al dispositivo".
Nuevo dispositivo enreda electrones libres con fotones
Basándose en sus cálculos, Flindt y sus colegas estiman que su divisor de par Cooper podría separar electrones entrelazados a una frecuencia del orden de los gigahercios. La mayoría de las computadoras modernas operan con ciclos de reloj en este rango, y para muchas tecnologías cuánticas es importante tener una fuente igualmente rápida de partículas entrelazadas. De hecho, combinar varios divisores podría ayudar a formar la base de una computadora cuántica que funcione utilizando electrones entrelazados, dice el equipo.
Experimentales invitados a “recoger el testigo”
Los físicos de Aalto decidieron emprender su estudio porque se dieron cuenta de que era necesario controlar la división de los pares de Cooper. Su mayor desafío fue descubrir cómo variar los voltajes en el tiempo de manera que los pares Cooper se dividieran según la demanda. De cara al futuro, creen que debería ser posible realizar su propuesta de forma experimental y esperan que los experimentadores “tomen el relevo”.
"También sería interesante investigar cómo nuestro divisor de pares Cooper bajo demanda puede integrarse en un circuito electrónico cuántico más grande para desarrollar el procesamiento de información cuántica", dice Flindt. Mundo de la física.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/
