Científicos mapearon la geometría de un electrón por primera vez

Artículo publicado originalmente por VICE Estados Unidos.

Los científicos han creado el primer mapa geométrico de un electrón, según un estudio publicado la semana pasda en Physical Review Letters.

Los autores, dirigidos por el físico Dominik Zumbühl de la Universidad de Basilea, describen una nueva técnica que puede arrojar luz sobre esta extraña partícula subatómica y mejorar la manipulación humana del spin electrónico, un objetivo clave para la comunidad de la computación cuántica.

Los electrones, que poseen las propiedades de las partículas y las ondas, son una de las formas de materia más extrañas y escurridizas conocidas por la ciencia. Es imposible obtener imágenes de un electrón individual con un microscopio o una cámara, así que los autores del estudio utilizaron un material especial llamado punto cuántico.

Los puntos cuánticos son nanocristales que no pueden verse a simple vista. Sus propiedades ópticas únicas han permitido una gama de aplicaciones comerciales, que incluyen pantallas LED más coloridas y células solares eficientes. Los puntos también son útiles para los físicos porque confinan electrones a una ubicación utilizando campos eléctricos, que simulan la dinámica de un átomo real. Por esta razón, los puntos cuánticos a veces se llaman átomos artificiales.

Zumbühl y sus colegas ilustraron cómo se pueden usar los puntos cuánticos para esbozar los parámetros de un solo electrón. El equipo midió los niveles de energía de los puntos cuánticos expuestos a campos magnéticos de diferentes fuerzas y orientaciones. Los datos se incorporaron a un modelo teórico que produjo un mapa de la función de onda de un electrón sencillo (es decir, las características de onda del electrón).

"No solo podemos mapear la forma y la orientación del electrón, sino también controlar la función de onda de acuerdo con la configuración de los campos eléctricos aplicados", dijo Zumbühl en una declaración. "Esto nos da la oportunidad de optimizar el control de los spins de una manera muy específica".

En la investigación de la computación cuántica, el spin de un electrón se considera una base prometedora para un qubit, una versión reducida de un "bit cuántico". Similar a cómo el código binario se basa en dos bits, "unos" y "ceros", los dos estados de spin de un electrón, arriba y abajo, podrían utilizarse como el sistema de información central para futuras computadoras cuánticas.

Debido a que los electrones son capaces de superponerse —esencialmente exhiben un giro hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo— se espera que las computadoras cuánticas procesen la información mucho más rápido que las computadoras basadas en el sistema binario que utilizamos hoy en día.

Es difícil predecir si o cuándo tales técnicas de computación avanzadas se convertirán en una realidad. Pero a pesar de esto, el nuevo estudio ha llevado el concepto de una computadora cuántica basada en spins más cerca de su realización.