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Científicos australianos ponen el mundo cuántico en un microchip

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Una startup australiana modeló una molécula en un microchip, colocando átomos en silicio con una precisión de menos de un nanómetro.

Esta capacidad de simular partículas a nivel atómico, donde la mecánica cuántica gobierna la materia, podría mejorar nuestra comprensión del mundo cuántico y conducir a la creación de nuevos materiales increíbles, como materiales de alta temperatura. superconductores o súper eficiente Células solares.

«Podemos comenzar a simular el comportamiento de la naturaleza y luego podemos comenzar a fabricar nuevos tipos de materiales y dispositivos que el mundo nunca antes había visto». Él dijo Michelle Simmons, fundadora de Silicon Quantum Computing, la startup responsable del microchip.

pensamiento a pequeña escala

Dos millones de años después de fabricar nuestras primeras herramientas de piedra, los humanos han descubierto que cuando nos acercamos a la materia, observando los átomos y las partículas subatómicas que la componen, se adhieren a un conjunto de reglas diferente al que gobierna a los organismos en un área más grande. Escala.

Estas reglas («mecánica cuántica») pueden tener sus propias reglas Aplicaciones útiles Los dispositivos de imágenes por resonancia magnética, las células solares y los relojes atómicos utilizan fenómenos cuánticos.

«Podemos comenzar a fabricar nuevos tipos de materiales y dispositivos que el mundo nunca antes había visto».

michelle simmons

Pero si bien es fácil levantar una roca y extrapolar que podría ser útil para destruir cosas, no es fácil ver o comprender cómo se comporta la materia en la escala cuántica, especialmente porque la observación en sí afecta a los sistemas cuánticos.

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Podemos usar programas de computadora para simular el comportamiento de algunas moléculas pequeñas a nivel atómico o subatómico, pero esta no es una opción viable para moléculas más grandes: hay muchas interacciones posibles entre sus moléculas.

“Si podemos empezar a entender el material en [the quantum] nivel, podemos diseñar cosas que nunca antes se han hecho”, Simmons AlertaCiencia dijo. “La pregunta es: ¿Cómo controlas realmente la naturaleza a este nivel?”

simulación cuántica

La respuesta, al parecer, es modelar moléculas en obleas de silicio.

Recientemente estudiarEl equipo de SQC fabricó con éxito un microchip de nivel atómico, creando 10 átomos artificiales de tamaño uniforme, también conocidos como «puntos cuánticos», y luego utilizó un microscopio de efecto túnel para localizar con precisión los puntos en el silicio.

El equipo modeló su chip de acuerdo con la estructura del poliacetileno, una molécula hecha de átomos de carbono e hidrógeno conectados por enlaces de carbono simples y dobles alternos.

Simulación cuántica. Crédito: computación cuántica de silicio

Una vez construido, pueden aplicar una carga eléctrica a una parte de la oblea (la «fuente») y estudiar cómo se mueve a lo largo de la cadena de átomos desde otra parte (el «drenaje»).

«En realidad lo estamos construyendo de abajo hacia arriba, imitando una molécula de poliacetileno colocando átomos en silicio a las distancias exactas que representan los enlaces de carbono simples y dobles». Él dijo Simmons.

Según las predicciones teóricas, se supone que el poliacetileno se comporta de manera diferente dependiendo de si la cadena molecular comienza y termina con enlaces dobles de carbono o enlaces simples de carbono.

«que o que [this model is] El espectáculo es que literalmente puedes imitar lo que realmente sucede en la molécula real».

michelle simmons

Para verificar si su técnica de modelado era precisa, los investigadores crearon un solo chip basado en cada liberación y vieron que la cantidad de picos eléctricos cambiaba a medida que la corriente pasaba por cada liberación.

«Esto confirma viejas predicciones teóricas y muestra nuestra capacidad para simular con precisión la molécula de poliacetileno», según SQC.

El equipo también observó un electrón presente en dos lugares a la vez, un ejemplo de un fenómeno cuántico. superposición.

«que o que [this model is] El espectáculo es que literalmente puedes imitar lo que realmente sucede en la molécula real, por lo que es emocionante porque las firmas de las dos cadenas son muy diferentes», dijo Simmons.

Como era de esperar, las diferentes configuraciones produjeron diferentes corrientes eléctricas. Crédito: computación cuántica de silicio

¿Que sigue?

El equipo eligió una cadena de 10 puntos de una molécula de poliacetileno para demostrar su técnica porque esto es algo que podemos simular usando computadoras clásicas. Ahora buscan expandirse.

“Nos estamos acercando al límite de lo que pueden hacer las computadoras clásicas, por lo que es como salir del borde hacia lo desconocido”, dijo Simmons. «Y eso es lo emocionante: ahora podemos hacer máquinas más grandes que las que puede diseñar una computadora clásica».

Estos podrían ser futuros modelos cuánticos de materiales que conduzcan a nuevas baterías, productos farmacéuticos y más, predice Simmons.

«No pasará mucho tiempo antes de que comencemos a producir nuevos materiales que no existían antes», dijo.

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