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Nanowire electro-mechanical-optical systems

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Nueva plataforma de comunicación cuántica

Un proyecto financiado por la UE ha preparado el camino al desarrollo de sistemas electromecánicos que pueden convertirse en una nueva plataforma de estudio de los sistemas cuánticos híbridos.

Tecnologías industriales

Si bien la investigación de sistemas optomecánicos y electromecánicos avanza de manera sorprendente, las iniciativas conjuntas en dichos campos son todavía escasas. Acoplando circuitos resonantes de microondas y cavidades ópticas al mismo resonador mecánico se pueden vislumbrar nuevos tipos de funcionalidades para estos dispositivos. El proyecto «Nanowire electro-mechanical-optical systems» (NEMO), financiado por la UE, ha abordado el desarrollo de este tipo de dispositivo. Para esos casos se utiliza la deformación mecánica de un nanoobjeto para ajustar sus propiedades electromagnéticas y de transporte. Se consigue aplicando presión de radiación sobre estructuras unidimensionales suspendidas, como los nanocables (NW) semiconductores. Sus versátiles propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas se pueden controlar, con lo que brindan la posibilidad de añadir o mejorar las funcionalidades de los dispositivos nanomecánicos. En el ámbito del proyecto NEMO se han ensayado de manera preliminar dos casos relativos a la modulación de las propiedades eléctricas de los NW mediante el uso de campos de activación en gradiente. Comprenden NW sujetos a campos asimétricos fuertes o de oscilación rápida y heteroestructuras de NW acopladas a antenas de campo lejano. Los resultados principales incluyen el control de espín en puntos cuánticos de NW y la detección de radiación a terahercios con transistores de efecto de campo fabricados a base de NW heteroestructurados. Los científicos han estudiado dispositivos en los que las cavidades ópticas y eléctricas están acopladas a través de un resonador mecánico común. Dentro de ese contexto han investigado sistemas optomecánicos estándar que se pueden acoplar capacitativamente a circuitos eléctricos. El trabajo se ha centrado en concebir un cristal fotónico optomecánico de silicio con acoplamientos extensos tanto optomecánicos como electromecánicos. Lo más característico ha sido conseguir espacios nanométricos capacitativos que permiten un control eléctrico muy eficaz de las propiedades ópticas del sistema. Posteriormente, las actividades del proyecto han dado lugar a la producción de NW de nitruro de silicio mecánicos, acoplados a resonadores LC superconductores. Sobre esta plataforma, compatible con la fabricación de dispositivos ópticos, se han demostrado muchos efectos destacables: en particular, se ha observado emisión de fonones coherentes, acoplamiento fuerte aumentado por campos y enfriamiento cercano al estado fundamental en un modo mecánico de baja frecuencia. La consecución de un dispositivo en el que el NW de nitruro de silicio está acoplado a un circuito resonante de microondas abre la vía a la ejecución de un sistema opto-electromecánico completo. La característica más llamativa sería operar esos sistemas híbridos opto-electromecánicos en el estado cuántico, donde se pueden controlar las excitaciones electrónica, fotónica y fonónica individualmente. Los hallazgos del proyecto NEMO representan un hito en el camino hacia las redes cuánticas basadas en dispositivos híbridos. El acoplamiento de plataformas optomecánicas y electromecánicas permitirá conjugar las ventajas de ambos sistemas y ello permitirá, por ejemplo, disponer de repetidores cuánticos para telecomunicaciones por cubits a larga distancia.

Palabras clave

Comunicación cuántica, electromecánica, optomecánica, opto-electromecánica, nanocables

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