Un avance japonés permite ver cómo los “excitones oscuros”, resistentes al ruido, se mueven en materiales ultrafinos, lo que podría conducir a una computación cuántica mucho más estable y eficiente.
Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) en Japón han logrado un hito que podría cambiar la forma en que almacenamos y procesamos la información. Por primera vez, han conseguido observar directamente cómo evolucionan los “excitones oscuros” dentro de materiales que son tan delgados como un solo átomo.
El estudio, publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, abre la puerta a una nueva era tecnológica conocida como “electrónica oscura” o “valleytrónica oscura”.
Los excitones oscuros y su importancia
En la electrónica tradicional, la información se procesa manipulando la carga de los electrones. En las tecnologías de próxima generación, como la espintrónica o la valleytrónica, se intenta usar propiedades cuánticas de los electrones, como su “espín” o su estado de “valle” (una forma de codificar información en la estructura cristalina del material).
Aquí es donde entran los excitones.
Los excitones son cuasipartículas que se forman cuando un material semiconductor absorbe luz, lo que hace que un electrón se separe de su átomo, dejando un “hueco” cargado positivamente. El electrón y el hueco se atraen y se unen. Cuando el electrón y el hueco tienen propiedades cuánticas que coinciden, se recombinan rápidamente y liberan luz. Esto los hace fáciles de detectar, pero inestables para almacenar información.
Los Excitones Oscuros, cuando sus propiedades cuánticas (como el espín o el impulso) no coinciden, se inhiben de recombinarse y no emiten luz. Esta “invisibilidad” los convierte en fantásticos portadores de información, porque son inherentemente más resistentes a la degradación de sus propiedades cuánticas, pudiendo existir mucho más tiempo (nanosegundos, un periodo de tiempo mucho más útil) antes de desintegrarse. Además, podrían necesitar menos enfriamiento extremo que los qubits actuales.
El desafío de la “invisibilidad” superado
La principal dificultad con los excitones oscuros es, irónicamente, su nombre: son invisibles. El profesor Keshav Dani, líder de la unidad, señaló que esta invisibilidad también los hacía muy difíciles de estudiar y manipular.
Para superar este obstáculo, el equipo del OIST utilizó uno de los sistemas de espectroscopía más avanzados del mundo: el TR-ARPES (Espectroscopía de Fotoemisión Resuelta en Tiempo y Ángulo). Con este microscopio superpoderoso, capaz de tomar “fotos” a escalas de femtosegundos (mil billonésimas de segundo), los investigadores pudieron medir simultáneamente el impulso, el espín y la población de los electrones.
Los resultados revelaron un proceso de dos pasos, crucial para el futuro de la computación cuántica; en menos de un picosegundo, los excitones brillantes iniciales se dispersan y se convierten en excitones “oscuros por impulso”, más tarde, predominan los excitones “oscuros por espín” (donde el electrón ha cambiado de espín), los cuales son los que persisten en las escalas de tiempo más largas (nanosegundos). Estos son los candidatos perfectos para llevar la información.
Al mapear cómo y qué excitones oscuros logran mantener la información cuántica durante más tiempo, este estudio sienta las bases para un nuevo campo: la valleytrónica oscura. El siguiente paso será encontrar la forma de “leer” eficientemente la información codificada en estos excitones, lo que podría desbloquear aplicaciones de la computación cuántica de amplio espectro.
Con información de SciTechDaily
