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Atomic 'Swiss Army Knife' desarrollada para la medición precisa de materiales para computadoras cuánticas

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Los científicos han desarrollado un instrumento novedoso que puede realizar tres mediciones diferentes a escala de átomos simultáneamente.

El dispositivo ayudará a los investigadores a realizar nuevos descubrimientos sobre las propiedades de materiales especiales que son cruciales para desarrollar la próxima generación de computadoras cuánticas.

Al hacerlo, esperan acercarnos un paso más a la tan publicitada revolución de la informática provocada por las computadoras y dispositivos cuánticos.

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Medidas precisas a escala atómica

La nueva tecnología, desarrollada por científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), es capaz de obtener imágenes de átomos individuales, mapear colinas y valles a escala atómica en superficies metálicas y aislantes, y registrar el flujo de corriente a través de materiales delgados como átomos. sujeto a campos magnéticos gigantes. Además, puede hacer todo esto al mismo tiempo.

La especie de navaja suiza para mediciones a escala atómica fue desarrollada por el investigador del NIST Joseph Stroscio y sus colegas, incluidos Johannes Schwenk y Sungmin Kim. El equipo presentó recientemente un documento detallado sobre la construcción del dispositivo para elRevisión de instrumentos científicos.

"Describimos un plano para que lo copien otras personas", dijo Stroscio en un comunicado de prensa. "Pueden modificar los instrumentos que tienen, no tienen que comprar equipos nuevos".

Crucial para el futuro de la computación cuántica

Como puede realizar simultáneamente mediciones en escalas que van desde nanómetros a milímetros, el instrumento puede ayudar a los investigadores a analizar con precisión los orígenes atómicos de varias propiedades inusuales en materiales que pueden resultar cruciales para una nueva generación de computadoras y dispositivos de comunicación.

"Al conectar lo atómico con la gran escala, podemos caracterizar los materiales de una manera que antes no podíamos", dijo Stroscio.

El instrumento incorpora un trío de dispositivos de medición de precisión. Estos incluyen un microscopio de fuerza atómica (AFM), un microscopio de túnel de barrido (STM), los cuales permiten a los investigadores examinar las propiedades microscópicas de los sólidos. La tercera herramienta se utiliza para registrar la propiedad macroscópica del transporte magnético, que es el flujo de corriente en presencia de un campo magnético.

"Ningún tipo de medición proporciona todas las respuestas para comprender los materiales cuánticos", explicó el investigador del NIST Nikolai Zhitenev. "Este dispositivo, con múltiples herramientas de medición, proporciona una imagen más completa de estos materiales".

Construyendo un dispositivo tres en uno

Para construir el instrumento, el equipo del NIST diseñó versiones más compactas de los dispositivos de medición de transporte magnético y AFM existentes. Luego integraron las herramientas con un STM existente.

Las piezas separadas se montan dentro de un criostato, un dispositivo que enfría el sistema a una centésima de grado por encima del cero absoluto. Esto minimiza la fluctuación cuántica aleatoria de las partículas atómicas al mismo tiempo que los efectos cuánticos a gran escala son más pronunciados y fáciles de medir.

El dispositivo tres en uno, que está protegido del ruido eléctrico externo, es de cinco a diez veces más sensible que cualquier conjunto anterior de instrumentos similares, dicen los investigadores.

El equipo, explica Stroscio, había estado luchando durante años para reducir drásticamente el ruido eléctrico en las mediciones de su dispositivo:

"Ahora hemos logrado la máxima resolución dada por los límites térmicos y cuánticos en este nuevo instrumento", dijo Stroscio.

"Se siente como si hubiera escalado el pico más alto de las Montañas Rocosas", agregó. "Es una buena síntesis de todo lo que he aprendido en los últimos 30 años".

Dado que muchos creen que una revolución de la computación cuántica está en el horizonte, herramientas como estas probablemente jugarán un papel importante en la creación de las máquinas que impulsarán el futuro.


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