Sistema nanohíbrido único para estudiar el campo de fluctuación del vacío.

Cuando piensas en un espacio vacío, es casi seguro que imaginas un vacío en el que no puede suceder nada interesante. Sin embargo, si nos acercamos a las pequeñas escalas de longitud donde los efectos cuánticos comienzan a ser importantes, resulta que lo que pensabas que estaba vacío en realidad está lleno en todo momento con una enorme masa de actividad electromagnética, a medida que los fotones virtuales entran y salen de él. existencia.

Este fenómeno inesperado se conoce como campo de fluctuación del vacío. Pero debido a que estas fluctuaciones en la energía luminosa son tan pequeñas y transitorias en el tiempo, es difícil encontrar formas para que la materia interactúe con ellas, especialmente dentro de un único dispositivo integrado.

En un estudio titulado «Detección eléctrica de interacción coherente ultrafuerte entre campos de terahercios y electrones mediante contactos de puntos cuánticos». publicado este mes en NanomensajesInvestigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han fabricado con éxito un sistema nanohíbrido para hacer exactamente eso. En su diseño, un punto de contacto cuántico conecta un resonador de anillo dividido en un chip con un sistema electrónico 2D.

El resonador de anillo dividido, un anillo 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. Las mediciones ópticas tradicionales requerían anteriormente matrices que contenían muchos resonadores, pero el equipo ahora puede detectar un acoplamiento ultrafuerte utilizando un único resonador dividido de terahercios conectado a electrones 2D.

Para que el procesamiento de información cuántica sea más factible en el futuro, es importante poder definir el estado cuántico utilizando una estructura de resonador única y simple. Este objetivo también es cada vez más alcanzable utilizando sensores eléctricos, en lugar de ópticos, que se realizan mediante contacto eléctrico de puntos cuánticos.

«Se dice que la materia que puede interactuar con las fluctuaciones del vacío en el campo electromagnético existe en el régimen de acoplamiento superfuerte», dice el primer autor del estudio, Kazuyuki Kuroyama. El experimento demostró que la señal actual en el contacto del punto cuántico se puede utilizar para detectar el acoplamiento ultrafuerte de un resonador de anillo único discreto con un gas de electrones 2D.

Además, la corriente eléctrica se puede medir en el contacto del punto cuántico, incluso sin aplicar radiación externa. Las modulaciones de la corriente permitieron a los investigadores concluir que las interacciones entre el gas de electrones 2D y las fluctuaciones del campo de vacío en el resonador todavía ocurren en ausencia de radiación de terahercios.

«Nuestros hallazgos pueden permitir que sensores cuánticos altamente sensibles funcionen sobre la base del acoplamiento entre las fluctuaciones del vacío y un dispositivo cuántico híbrido integrado», dice el investigador principal Kazuhiko Hirakawa.

Además de aprender más sobre las leyes fundamentales de la naturaleza a escalas muy pequeñas, los resultados de este estudio podrían usarse para ayudar a desarrollar futuras computadoras cuánticas que puedan aprovechar los fenómenos habituales de procesamiento o transmisión de datos.