Vibrador adelgazante para microondas

Físicos de la Universidad de Ratisbona han creado un novedoso sistema optomecánico altamente miniaturizado acoplando las vibraciones de nanotubos de carbono macromoleculares en una cavidad de microondas. El equipo de Andreas K. Hurtl, Ph.D., logró esto aprovechando la cuantificación de la carga eléctrica, donde la carga es transportada por un solo electrón, como un poderoso mecanismo de amplificación. Su investigación fue publicada en la revista Nature Communications. Representan un paso importante hacia la combinación de tecnologías cuánticas dispares (como qubits de espín electrónico y qubits superconductores) en un solo dispositivo.

Generalmente, resulta muy difícil acoplar vibraciones y microondas de macromoléculas como los nanotubos de carbono. ¿Por qué? Porque las longitudes de onda electromagnéticas utilizadas por la computación cuántica o los dispositivos de electrodinámica cuántica de cavidades funcionan a frecuencias de GHz, en el rango milimétrico. Los dispositivos típicos de nanotubos se pueden utilizar no sólo para atrapar electrones con estados cuánticos conocidos, sino también como resonadores vibratorios, con longitudes inferiores a 1 micrón y amplitudes inferiores a 1 nanómetro. Debido a la diferencia de tamaño, el movimiento de los nanotubos no tiene mucho impacto en el campo electromagnético de la cavidad de microondas, y la teoría optomecánica estándar predice un acoplamiento mínimo.

Sin embargo, en muchos sentidos, lograr este acoplamiento y controlarlo sin llevar el nanotubo a grandes amplitudes vibratorias es una idea atractiva. Los nanotubos son excelentes resonadores de cuerdas que pueden almacenar energía durante largos períodos de tiempo. Sus vibraciones se pueden utilizar para convertir información cuántica entre grados de libertad fundamentalmente diferentes. La electrónica de pozo único y los circuitos de microondas superconductores son candidatos populares para las arquitecturas de computación cuántica. Las investigaciones muestran que la interacción de las vibraciones con los campos electromagnéticos puede amplificarse hasta 10.000 veces en comparación con las simples predicciones geométricas.

Esto se consigue mediante el uso de los llamados condensadores cuánticos: la corriente es transportada por electrones discretos, lo que significa que la carga de condensadores muy pequeños (como los nanotubos) no se realiza de forma continua, sino en pasos de. Al seleccionar el punto de operación en la curva escalonada, el acoplamiento optomecánico es controlable y se puede encender y apagar rápidamente. El Dr. Hurtl, que actualmente realiza investigaciones en la Universidad Aalto en Finlandia, dijo: Hemos implementado el llamado sistema óptico-mecánico acoplado por dispersión. Por un lado, el sistema es novedoso y apasionante debido a la miniaturización de las piezas mecánicas y al efecto monoelectrónico.

Por otro lado, es bien sabido que se han realizado una gran cantidad de estudios teóricos y experimentales sobre sistemas óptico-mecánicos a gran escala (hasta macroescala). Las interacciones optomecánicas se pueden utilizar para enfriar vibraciones, detectarlas con alta sensibilidad, amplificar señales e incluso preparar estados cuánticos a voluntad. Los resultados muestran que el control cuántico de las vibraciones de los nanotubos lineales podría ser posible en un futuro próximo. Esto lo hace muy atractivo como interruptor cuántico que combina fenómenos cuánticos muy diferentes.