El control de sistemas en la nanoescala es vital para el desarrollo de la computación cuántica. El becario de licenciatura en Ciencias Físicas de la UNNE, Lautaro Moragues se enfoca en el estudio de la transferencia eficiente de información en una cadena de átomos con propiedades especiales.
Para comprender este trabajo es necesario ubicarse en el escenario que propone la mecánica cuántica. Esa rama de la física que estudia la naturaleza a escalas espaciales pequeñas (nanométricas), en donde están comprendidos los sistemas atómicos, subatómicos, sus interacciones con la radiación electromagnética y otras fuerzas.
Para medir los elementos en esa escala, se adopta el sistema nanométrico, cuyo patrón de referencia es de mil millones de veces más pequeño que un metro. Como es de suponer en esta escala, la actividad que se desarrolla muchas veces es compleja de analizar ante la imposibilidad de tener una percepción directa de ella.
En ese escenario imperceptible a simple vista, hay interacciones a nivel subatómicos, atómicos y moleculares que han permitido entre otras cosas el desarrollo de la Nanotecnología. Para continuar avanzando y comprender los mecanismos de estas innovaciones tecnológicas, una particularidad a tener en cuenta es que a esa dimensión los dispositivos manifiestan propiedades muy distintas a cuando su tamaño se aleja de la nanoescala.
El control de sistemas nanoscópicos es de fundamental importancia para el desarrollo de tecnologías relacionadas a la Información Cuántica. El almacenamiento, procesamiento y transporte de información en estos sistemas implica un alto grado de precisión y una comprensión profunda de los procesos físicos involucrados.
En ese ámbito innovador que recorre la frontera de lo conocido hasta el momento se incorporó el estudiante de la Licenciatura en Ciencias Físicas de la UNNE, Lautaro Moragues, proponiendo una investigación que analice la transferencia de información en un subconjunto particular de cadenas de átomos.
El proyecto por el cual accedió a una Beca de Estímulo a las Vocaciones Científicas (EVC-CIN) se denomina “Estudio y control de la propagación de excitaciones en cadenas de espín topológicas”, y será dirigido por el doctor Alejandro Ferrón, docente investigador de la FaCENA y miembro del Grupo de Investigación en Nanofísica del Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica (CONICET-UNNE).
La línea de investigación elegida por Moragues, es el objeto de estudio de muchos expertos en todo el mundo en las últimas dos décadas. Es la referida a la transferencia de estados cuánticos a lo largo de canales de comunicación y tiene una aplicación directa para el procesamiento de la información en la computación cuántica.
El estado cuántico que se desea transferir, es aquel en el que el sistema se encuentra luego de un proceso de inicialización. Usualmente la inicialización consiste en enfriar (a temperaturas menores a 1K) el sistema para que el dispositivo cuántico utilizado se encuentre cerca del estado de menor energía (estado fundamental). Es posible, utilizando campos eléctricos y/o magnéticos, inicializar el sistema en estados un poco más complejos.
El becario enfocará el estudio de la transferencia eficiente de estados en cadenas de spin, pero en particular estudiará lo que sucede en un subgrupo de cadenas especiales de átomos: las cadenas topológicas.
Las cadenas de espín son modelos utilizados como ejemplos de sistemas magnéticos en una dimensión. Estas cadenas modelan algunos de los casos más simples de sistemas cuánticos integrables y por eso resultaron importantes para comprender distintos comportamientos universales que suceden a nivel nanoscopico.
Las técnicas experimentales actuales (Scanning Tunneling Microscopy-STM) permiten diseñar nanoestructuras depositando átomos magnéticos sobre distintas superficies y en diversas geometrías con precisión a escala atómica. Los átomos aislados permiten testear fenómenos cuánticos y en este caso en particular, son candidatos ideales para tareas de almacenamiento, transporte y procesamiento de la información.
El protocolo de transferencia más simple para una cadena de espín se puede describir con bastante facilidad: un estado determinado se prepara (proceso de inicialización) en un extremo de la cadena y, después de un tiempo, se recupera otro estado -el transferido- en el otro extremo.
El principal objetivo es recuperar, luego de un tiempo “corto”, un estado transferido al otro extremo de la cadena que sea lo más parecido a un estado deseado (propuesto). En caso de que el estado sea exactamente el deseado, decimos que la transferencia es perfecta.
El trabajo se realizará en el Grupo de Nanofísica, con experiencia en el área sustentado por el de la dinámica cuántica y el control en diferentes cadenas de spin, realizado en los últimos 3 años.
