En el increíblemente pequeño nivel cuántico, las leyes de la física comienzan a actuar de manera diferente y las reglas habituales no se aplican, incluida la forma en que el calor y la energía fluyen a través de los átomos. Para construir computadoras cuánticas y otras tecnologías más eficientes, los científicos primero deben comprender cómo Manipular el calor y la energía en sistemas mecánico-cuánticos.
BENEFICIOS DEL NEVERA: El físico John Nichol en su laboratorio con un refrigerador de dilución. Él y los miembros de su laboratorio están explorando cómo estos refrigeradores pueden enfriar los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto, enfriando las computadoras cuánticas y mejorando su rendimiento. Crédito de la imagen: foto de la Universidad de Rochester / J. Adam Fenster
nicolas juanprofesor asociado de física en el Universidad de Rochesteres uno de los 21 físicos experimentales que recibirán 1,25 millones de dólares durante los próximos cinco años de la Fundación Gordon y Betty Moore. Iniciativa de investigadores de física experimental para «avanzar en la frontera científica de la física experimental». El premio permitirá a Nichol y su grupo de investigación comprender mejor la termoelectricidad y cómo fluyen el calor y la energía a nivel nanoescalar de la mecánica cuántica.
Relajarse con puntos cuánticos
La termoelectricidad genera energía eléctrica a partir del flujo de calor y viceversa. Los científicos predicen que los puntos cuánticos semiconductores (pequeñas partículas que atrapan electrones) pueden permitir la generación de energía termoeléctrica y la refrigeración de alta eficiencia. Nichol y los miembros de su laboratorio explorarán cómo los refrigeradores basados en puntos cuánticos pueden enfriar los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto, enfriando las computadoras cuánticas y mejorando su rendimiento.
Las computadoras cuánticas requieren ambientes fríos porque dependen de objetos delicados llamados bits cuánticos o qubits. La mayoría de los qubits deben enfriarse a unas pocas milésimas del cero absoluto para eliminar el ruido térmico y las vibraciones, que tienden a destruir la información contenida en los qubits. Lograr los entornos criogénicos para los qubits requiere una energía y un gasto importantes. La investigación de Nichol explorará nuevas formas de crear condiciones ultrafrías para los qubits y cómo alcanzar temperaturas aún más frías de lo que es posible con las tecnologías actuales.
Desenredar el entrelazamiento y la superposición
Nichol y su equipo también investigarán dos fenómenos cuánticos específicos: la superposición, cuando una partícula diminuta como un electrón puede estar en dos lugares o estados diferentes al mismo tiempo, similar a una moneda de dos caras; y entrelazamiento: cuando las propiedades de una partícula están interconectadas con las propiedades de otra partícula de modo que el estado de una afecta instantáneamente al estado de la otra, incluso cuando una gran distancia separa las partículas.
Los investigadores determinarán cómo la superposición y el entrelazamiento pueden mejorar la generación de energía termoeléctrica y la refrigeración y cómo aprovechar el flujo de calor para crear superposición y entrelazamiento.
«Todavía no entendemos completamente todas las formas en que fluyen el calor y la energía en los dispositivos cuánticos», dice Nichol. «Nuestra investigación tiene como objetivo mejorar esta comprensión y, al mismo tiempo, proporcionar nuevas formas de enfriar los qubits y avanzar en el campo de la computación cuántica».
Fuente: Universidad de Rochester
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