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La UPV colabora en la investigación para la construcción de ordenadores cuánticos

Félix Lareki Garmendia
Félix Lareki Garmendia es donostiarra afincado en Bizkaia. Licenciado en Ciencias Económicas por la Universidad de Bilbao. Su carrera profesional fundamentalmente la ha desarrollado en Xerox España S.A.U. Posee una profunda experiencia en recursos humanos, formación y dirección de grupos de trabajo. Ha impartido múltiples seminarios orientados al desarrollo de habilidades relacionadas con la gestión y el conocimiento de personas así como de la comunicación. Ex profesor de la Escuela Superior Universitaria de Marketing en la Cámara de Comercio de Bilbao, del Master de Marketing y de la Facultad de Ciencias Económicas de la Universidad del País Vasco UPV - EHU. Durante 8 años ha estado en política en el País Vasco. Miembro de federaciones deportivas y activo deportista, presidente de asociaciones cívicas, Vice presidente de la Asociación Internacional Aulamar para personas discapacitadas para el disfrute por las mismas de la navegación a vela, a través de una goleta bergantín adaptada específicamente para ellas. Tiene publicados varios libros con ESIC Editorial. Su lema es “pasión por el arte y las personas”, lector empedernido, escritor y analista social. Desde hace tres años y medio colabora con Diario16 como articulista habitual, sobre temas sociales, políticos y de opinión.
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análisis

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La UPV/EHU colabora en una investigación, publicada en Nature, que puede abrir puertas a la construcción de ordenadores cuánticos

Un equipo internacional de investigación, dirigido por científicos de EMPA (Zurich) y del Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología, que cuenta con investigadores de la UPV/EHU, ha logrado construir cadenas de imanes cuánticos hechos de nanografeno que capturan la esencia de uno de los modelos centrales del magnetismo cuántico. Los resultados del equipo tienen implicaciones en la comprensión del magnetismo cuántico en la nanoescala y pueden abrir puertas a la construcción de ordenadores cuánticos.

Es muy común la idea de que unidades sencillas se unen para formar estructuras más complicadas. Así, los átomos se juntan para formar moléculas, que a su vez se combinan formando células y éstas forman tejidos, dando lugar por último a seres vivos. En el mundo cuántico, este proceso puede ocurrir en dirección contraria, de forma que la interacción entre partículas complejas da lugar a partículas más sencillas. Así, en ciertas circunstancias, la interacción entre electrones, partículas indivisibles con carga eléctrica e, dar lugar a la emergencia de partículas con carga e/3. Este fenómeno se conoce como fraccionamiento.

Magia cuántica: fraccionando espines

Todas las partículas elementales poseen propiedades intrínsecas como masa o carga, que resultan intuitivas, y otras como el espín, que podemos visualizar como una brújula. A diferencia de las brújulas normales, que pueden apuntar en cualquier dirección, el espín de los sistemas cuánticos está cuantizado, y únicamente puede tomar un conjunto discreto de valores. Por ejemplo, decimos que el espín del electrón es ½ y puede tomar únicamente dos valores. Partículas con espín 1 pueden tomar tres valores.

En los años 80 el físico inglés Duncan Haldane construyó un modelo matemático para partículas de espín 1 en el que se producía el fraccionamiento de los espines. Así, una cadena unidimensional de partículas indivisibles de espín 1, interactuando con sus vecinas, daba lugar a la aparición de partículas de espín ½ en los bordes de la cadena. Igual que el truco de magia en el que el mago que corta en dos mitades a una persona y las separa, el modelo de Haldane permite fraccionar espines 1 y separarlos. Se trata de uno de los modelos centrales del magnetismo cuántico, un trabajo que le valió el premio Nobel en 2016.

Cadenas unidimensionales de moléculas magnéticas de grafeno

La verificación experimental de esta predicción era complicada por varios motivos, empezando por el hecho de que no existen materiales unidimensionales. Había evidencia indirecta del fenómeno de fraccionamiento del espín en materiales organometálicos que contienen cadenas de átomos magnéticos, pero faltaba una observación directa. Ahora, sin embargo, esa observación ha sido llevada a cabo por un equipo internacional de investigadores, entre los que se encuentra el investigador Ikerbasque David Jacob, del Departamento de Polímeros y Materiales Avanzados: Física, Química y Tecnología de la Facultad de Química de la UPV/EHU, que ha colaborado en este trabajo con el INL, la Universidad de Alicante, el EMPA en Zurich y la Universidad de Dresde.

Para conseguir este difícil logro, los investigadores han combinado técnicas de química orgánica con ciencia de superficies en ultra-alto vacío para sintetizar moléculas de grafeno con espín 1 que forman cadenas unidimensionales. Usando un microscopio de efecto túnel los investigadores han podido estudiar los estados cuánticos de la cadena depositada en una superficie de oro, con resolución atómica, compararlos con los predichos por la teoría, y establecer que en efecto el sistema se comporta como el modelo de Haldane. En particular, en cadenas con un número suficientemente alto de moléculas magnéticas, los investigadores encontraron en los extremos de la cadena resonancias Kondo, un fenómeno que ocurre cuando partículas de espín ½ interactúan con los electrones de un conductor como el oro.

De cadenas unidimensionales a redes bidimensionales y ordenadores cuánticos

Los investigadores afirman que este trabajo “muestra el potencial para usar nanografenos para formar redes bidimensionales de nanoimanes que permitan comprobar predicciones análogas a las de Haldane, como por ejemplo la existencia de estados cuánticos que permitirían realizar la computación cuántica”.

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