Entrelazamiento cuántico de electrones usando calor.

Imagen de microscopio electrónico de color falso de la muestra, las capas verdes son grafeno en la parte superior del superconductor gris. Los electrodos de metal azul se utilizan para extraer los electrones entrelazados. Crédito: Universidad Aalto

El entrelazamiento cuántico es clave para la tecnología de comunicaciones y computación de próxima generación, los investigadores de Aalto ahora pueden producirlo utilizando diferencias de temperatura.

Un grupo conjunto de científicos de Finlandia, Rusia, China y EE. UU. ha demostrado que la diferencia de temperatura se puede utilizar para entrelazar pares de electrones en estructuras superconductoras.  El descubrimiento experimental, publicado en Nature Communications, promete poderosas aplicaciones en dispositivos cuánticos, acercándonos un paso más hacia las aplicaciones de la segunda revolución cuántica.

El equipo, dirigido por el profesor Pertti Hakonen de la Universidad de Aalto, ha demostrado que el efecto termoeléctrico proporciona un nuevo método para producir electrones entrelazados en un nuevo dispositivo.  “El entrelazamiento cuántico es la piedra angular de las nuevas tecnologías cuánticas.  Este concepto, sin embargo, ha desconcertado a muchos físicos a lo largo de los años, incluido Albert Einstein, que se preocupó mucho por la espeluznante interacción a distancia que provoca”, dice el profesor Hakonen.

En la computación cuántica, el entrelazamiento se utiliza para fusionar sistemas cuánticos individuales en uno, lo que aumenta exponencialmente su capacidad computacional total.  “El entrelazamiento también se puede utilizar en criptografía cuántica, lo que permite el intercambio seguro de información a largas distancias”, explica el profesor Gordey Lesovik, del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, quien ha actuado varias veces como profesor invitado en la Escuela Universitaria de Aalto de Ciencias.  Dada la importancia del entrelazamiento para la tecnología cuántica, la capacidad de crear entrelazamientos de forma fácil y controlable es un objetivo importante para los investigadores.

Los investigadores diseñaron un dispositivo donde se colocó un superconductor con electrodos metálicos y de grafeno.  “La superconductividad es causada por pares de electrones entrelazados llamados “pares de Cooper”.  Usando una diferencia de temperatura, hacemos que se dividan, y luego cada electrón se mueve a un electrodo de metal normal diferente”, explica el candidato a doctorado Nikita Kirsanov, de la Universidad de Aalto.  “Los electrones resultantes permanecen entrelazados a pesar de estar separados por distancias bastante largas”.

Junto con las implicaciones prácticas, el trabajo tiene una importancia fundamental significativa.  El experimento ha demostrado que el proceso de separación de pares de Cooper funciona como un mecanismo para convertir la diferencia de temperatura en señales eléctricas correlacionadas en estructuras superconductoras.  El esquema experimental desarrollado también puede convertirse en una plataforma para experimentos termodinámicos cuánticos originales.