{"id":84209,"date":"2008-12-01T10:30:00","date_gmt":"2008-12-01T12:30:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2008\/12\/01\/el-bamboleo-de-las-particulas-2\/"},"modified":"2016-05-06T18:17:39","modified_gmt":"2016-05-06T21:17:39","slug":"el-bamboleo-de-las-particulas-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-bamboleo-de-las-particulas-2\/","title":{"rendered":"El bamboleo de las part\u00edculas"},"content":{"rendered":"

\"\"EDUARDO CESAR<\/span>El conocimiento de los obst\u00e1culos que surgen a lo largo del trayecto es tan importante como alcanzar la l\u00ednea de llegada en la carrera destinada a proyectar una forma eficiente de computadora cu\u00e1ntica, una m\u00e1quina capaz de utilizar las propiedades de las part\u00edculas fundamentales de la materia para hacer c\u00e1lculos mucho m\u00e1s r\u00e1pido que las computadoras convencionales. Esto es lo que sugiere el trabajo de f\u00edsicos brasile\u00f1os que estudian una caracter\u00edstica de las part\u00edculas at\u00f3micas denominada spin<\/em> giro en ingl\u00e9s, que en el caso de las part\u00edculas de carga negativa (los electrones) puede describirse, si bien que con cierta imprecisi\u00f3n, como el sentido de giro sobre su propio eje.<\/p>\n

Investigando esta propiedad de los electrones, el equipo del f\u00edsico Jos\u00e9 Carlos Egues, de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) en S\u00e3o Carlos, descubri\u00f3 recientemente una interacci\u00f3n entre esta part\u00edcula y el camino que recorre, que puede afectar el control del spin<\/em>, una de las tecnolog\u00edas la spintr\u00f3nica \u00a0imaginadas para el desarrollo de una electr\u00f3nica no convencional \u00fatil para la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica. Simult\u00e1neamente, el grupo del ingeniero el\u00e9ctrico Gilberto Medeiros-Ribeiro, del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotr\u00f3n (LNLS), con sede en Campinas, est\u00e1 probando experimentalmente el control del spin<\/em> de electrones en diferentes componentes que a lo mejor un d\u00eda llegan a integrar esas computadoras del futuro.<\/p>\n

En las computadoras actuales las usadas en casa o en el trabajo la informaci\u00f3n es codificada en unidades llamadas bits, representadas por los n\u00fameros 0\u00a0 y 1, que representan la ausencia o presencia de corriente el\u00e9ctrica. Por analog\u00eda, la unidad b\u00e1sica de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica es el bit cu\u00e1ntico<\/em> o qubit<\/em>, que puede ser codificado en el spin<\/em> de los electrones. Aunque los electrones no son esferas se parecen m\u00e1s a puntos, sin dimensi\u00f3n espacial, se asume que giran en torno de su propio eje como un trompo. Dependiendo del sentido de rotaci\u00f3n, se dice que el spin<\/em> es up (para arriba) o down<\/em> (para abajo), el equivalente al 0\u00a0 y al 1 de las computadoras tradicionales.<\/p>\n

Pero las semejanzas terminan por ah\u00ed. De acuerdo con la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, parte de la f\u00edsica que explica el comportamiento de las part\u00edculas subat\u00f3micas, cada electr\u00f3n puede al mismo tiempo girar hacia abajo y hacia arriba y tambi\u00e9n en todos los otros sentidos, como si asumieran simult\u00e1neamente los valores 0 y 1\u00a0 y todos los intermedios, como el 0,23 \u00f3 el 0,65 u otros es los que los f\u00edsicos denominan superposici\u00f3n de estados cu\u00e1nticos. Solamente se conoce como cierto el sentido de rotaci\u00f3n o el valor del spin<\/em> en el momento en que se lo mide. Esta caracter\u00edstica hace del spin<\/em> de los electrones una base interesante para la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, toda vez que, si fuera controlada, la superposici\u00f3n de estados aumentar\u00eda exponencialmente la capacidad de hacer c\u00e1lculos cada qubit<\/em> ser\u00eda capaz de operar con mucha m\u00e1s informaci\u00f3n que los bits<\/em> cl\u00e1sicos. En condiciones ideales, algunas centenas de qubits<\/em> podr\u00edan codificar m\u00e1s informaci\u00f3n que el n\u00famero de part\u00edculas elementales de todo el Universo.<\/p>\n

Pese a ese potencial astron\u00f3mico, el valor pr\u00e1ctico de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica todav\u00eda debe ser palmariamente demostrado. Las aplicaciones tardar\u00e1n en llegar. Por ahora es un error conceptual decir que la computadora cu\u00e1ntica ser\u00e1 buena para todo y superar\u00e1 a las computadoras cl\u00e1sicas en cualquier tarea, explica Egues. Hasta ahora, las ventajas se ci\u00f1en a problemas bien espec\u00edficos, como la comprensi\u00f3n de los fen\u00f3menos cu\u00e1nticos de la f\u00edsica\u00a0 y la biolog\u00eda o el desarrollo de formas m\u00e1s seguras de codificaci\u00f3n de la informaci\u00f3n (criptograf\u00eda).<\/p>\n

Giro bajo control
\n<\/strong>El desaf\u00edo es transformar esas posibles aplicaciones en realidad. En el caso de la spintr\u00f3nica, la dificultad abarca tanto la inducci\u00f3n del spin<\/em> deseado en los electrones de determinado material como impedir que, cu\u00e1n un trompo tambaleante, terminen oscilando y asumiendo el spin<\/em> opuesto. Seg\u00fan Egues, la primera demostraci\u00f3n s\u00f3lida de que era posible enfrentar la inestabilidad del spin<\/em> surgi\u00f3 en 1999, de un trabajo de David Awschalom, de la Universidad de California en Santa B\u00e1rbara, Estados Unidos.<\/p>\n

Con base en ese resultado, comenz\u00f3 una carrera para aumentar ese control\u00a0 y dominar la inversi\u00f3n del spin<\/em> hacerlo pasar de up a down, lo que equivaldr\u00eda a una operaci\u00f3n con un \u00fanico qubit<\/em>. Uno de los factores que dificultan ese control es la sutil variaci\u00f3n de temperatura del material donde est\u00e1n los electrones en el mundo at\u00f3mico, la temperatura corresponde al nivel de agitaci\u00f3n de las part\u00edculas, lo que significa que incluso en un s\u00f3lido las mismas nunca est\u00e1n totalmente inm\u00f3viles.<\/p>\n

Esta agitaci\u00f3n interfiere en la trayectoria que el electr\u00f3n recorre alrededor de los \u00e1tomos\u00a0 y puede modificar su spin<\/em> es la llamada interacci\u00f3n spin<\/em>-\u00f3rbita, un camino de doble mano, toda vez que tanto la trayectoria afecta al spin como lo contrario. En un trabajo publicado en 2007 en la revista Physical Review Letters<\/em>, Egues y sus colaboradores identificaron una nueva forma de interacci\u00f3n entre el spin<\/em> del electr\u00f3n y la \u00f3rbita del propio electr\u00f3n un efecto con influencia peque\u00f1a, pero significativa, sobre el bamboleo de los electrones. Estas interacciones entre spin\u00a0<\/em> y \u00f3rbita tambi\u00e9n pueden ser buenas, pues permiten manipular el spin<\/em> de la manera deseada y controlar la trayectoria de los electrones, dice el f\u00edsico de la USP.<\/p>\n

En otro trabajo de 2007, publicado en Physical Review B<\/em>, el grupo de Egues, en asociaci\u00f3n con Fabricio Souza, actualmente investigador de la Universidad de Brasilia, demostr\u00f3 te\u00f3ricamente que es posible construir un dispositivo capaz de seleccionar los electrones seg\u00fan el spin<\/em> que presentan en determinado momento el llamado diodo de corriente de spin<\/em>, \u00fatil para la realizaci\u00f3n de operaciones computacionales que involucren el control de la rotaci\u00f3n de esas part\u00edculas. Los diodos de spin<\/em>, construidos experimentalmente este a\u00f1o por investigadores de la Universidad Johns Hopkins, en Estados Unidos, dejan pasar \u00fanicamente electrones con id\u00e9ntico sentido de rotaci\u00f3n, funcionando as\u00ed como un filtro, de modo an\u00e1logo a los diodos de la electr\u00f3nica convencional, que solamente dejan pasar electricidad en un sentido.<\/p>\n

La era del diamante
\n<\/strong>Aunque muchos trabajos operen con el control de electrones en materiales tales como el silicio, ampliamente usado en las computadoras tradicionales, en algunos estudios se eval\u00faa el empleo de alternativas m\u00e1s ex\u00f3ticas, como el diamante. \u00c9ste en general es considerado un material aislante puesto que no permite el movimiento ni el manipuleo de electrones, pero en determinadas circunstancias puede funcionar como un excelente semiconductor. Para ello, basta con que existan impurezas entre los \u00e1tomos de carbono existan, como los son los \u00e1tomos de nitr\u00f3geno. Cada \u00e1tomo de nitr\u00f3geno reemplaza a dos de los seis \u00e1tomos de carbono que componen la estructura interna en forma de tetraedro del diamante. Esta sustituci\u00f3n deja el espacio de un carbono vacante es el llamado centro de vacancia y permite el manipuleo de los electrones de nitr\u00f3geno.<\/p>\n

Usando microondas, Gilberto Medeiros-Ribeiro y Thiago Alegre, de la Universidad Estadual de Campinas, lograron controlar experimentalmente el spin<\/em> de los electrones en esos centros de vacancia, tal como lo describieron en un art\u00edculo de 2007 en Physical Review B<\/em>. Conociendo espacialmente la impureza del diamante, es posible determinar el cambio de estado de spin<\/em>, comenta el investigador del LNLS. Se espera que el control de este fen\u00f3meno permita en el futuro usar dichas estructuras para realizar operaciones computacionales.<\/p>\n

Sin embargo, Medeiros-Ribeiro recomienda cautela ante lo poco que se sabe sobre los mecanismos b\u00e1sicos de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica. Con cada problema vencido, aparece otro. Los obst\u00e1culos son dif\u00edciles de sortear y existen l\u00edmites fundamentales ante lo que podemos hacer que a\u00fan no son bien comprendidos, dice. Para Egues, las inc\u00f3gnitas muestran la fertilidad cient\u00edfica de este campo: Si supi\u00e9ramos ad\u00f3nde va a parar esto, no habr\u00eda tantos grupos estudiando estos problemas.<\/p>\n

Los proyectos
\n1.<\/strong> Interacciones magn\u00e9ticas\u00a0 y transporte electr\u00f3nico spin polarizado en puntos cu\u00e1nticos magn\u00e9ticos\u00a0(n\u00ba\u00a007\/05783-2<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Auxilio regular a proyecto de investigaci\u00f3n;\u00a0Coordinador<\/strong>\u00a0Jos\u00e9 Carlos Egues de Menezes – IFSC;\u00a0Inversi\u00f3n<\/strong>\u00a0R$ 93.343,20 (FAPESP)
\n2.<\/strong> Materiales nanoestructurados investigados por microscop\u00edas de tunelaje y fuerza at\u00f3mica a trav\u00e9s de medidas de transporte\u00a0(n\u00ba\u00a098\/14757-4<\/a>); Modalidad<\/strong>\u00a0Programa Joven Investigador;\u00a0Coordinador<\/strong>\u00a0Gilberto Medeiros Ribeiro – LNLS;\u00a0Inversi\u00f3n<\/strong>\u00a0R$ 587.417,83 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nBERNARDES, E. et al<\/em>. Spin-Orbit Interaction in Symmetric Wells with Two Subbands.<\/a> Physical Review Letters.<\/strong>\u00a0 v. 99. 2007.
\nALEGRE, T.P.M. et al<\/em>. Polarization-selective excitation of nitrogen vacancy centers in diamond.<\/a> Physical Review B<\/strong>. v. 76. 2007.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Electrones que se utilizan en las computadoras cu\u00e1nticas son mejor entendidos","protected":false},"author":40,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[139],"class_list":["post-84209","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84209","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/40"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=84209"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/84209\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=84209"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=84209"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=84209"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=84209"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}