Decoherencia en Nanoestructuras (2006)
Actualmente el desarollo tecnológico de los sistemas basados en estado sólido está adquiriendo un gran interés, debido a la posibilidad de transmitir y manipular información de una manera mucho más eficiente que la tecnología desarrollada hasta los años 90. Las más recientes propuestas, tanto experimentales como teóricas están fundamentadas en las diferenetes formas en las cuales la información puede ser transportada por partículas cuánticas. El proponer que la información pueda ser llevada en forma cuántica más que en forma clásica está basado en el hecho que dos o más partículas cuánticas llevan más información que sus semejantes clásicas. Un par de partículas cuánticas o un grupo de tres contienen correlaciones tan fuertes que permiten establecer propuestas tales como criptografía cuántica, teleportación cuántica y computación cuántica. El campo de procesamiento de información cuántica (QIP) es una de las áreas más activas en investigación actualmente, la cual congrega grupos de diferentes áreas de la física, tanto experimetal como teórica y su aplicación a nivel tecnológico será de gran impacto. Ejemplos de procesamiento de información cuántica incluyen propuestas como criptografía, teleportación, computación y juegos cuánticos: la idea común que está detrás de estos procesos cuánticos es que estos aprovechan la naturaleza cuántica de las correlaciones de las partículas, las cuales no pueden ser alcanzadas por sus contrapartes clásicas. Un ingrediente fundamental para alcanzar tal tipo de propuestas es la completa generación y manipulación de estados cuánticos altamente enlazados. Por ejemplo, la evolución coherente de dos quantum bits (qubits) en un estado enlazado tipo Bell es fundamental tanto para la criptografía como para teleportación cuántica.. Estados entrelazados muy fuertes de tres qubits, los conocidos como Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), no son sólo de interés fundamental, sino también útiles para aplicaciones prácticas, ver por ejemplo artículos en Physics World, Marzo de 1998. Por lo tanto, nuevos sistemas y métodos para la preparación y la medida de tales estados están siendo buscados intensivamente en la actualidad. Mucha actividad, tanto teórica como experimental ha sido explorada en sistemas atómicos. Sin embargo, motivados por aplicaciones en tecnología de punta, sistemas de estado sólido, en los cuales los fenómenos cuánticos son importantes, están siendo explorados en busca de poder manipular la información. Dentro de las principales propuestas de estado sólido, apropiadas para generar enredamiento de estados, están las siguientes: (a) Puntos cuánticos semiconductores (b) nanoestructuras superconductoras, ( c) Resonancia magnética nuclear, (d) Cadenas de ADN acopladas. Muchas otras propuestas están apareciendo actualmente. Sin embargo la información codificada en sistemas cuánticos, en la escala de los nanómetros, es notoriamente susceptible a la interacción con el medio ambiente, lo que represnta una posible pérdida sustancial de la información a nivel cuántico. Este fenómeno conocido como decoherencia, puede imponer una fuerte restricción sobre la posibilidad de manipulación de la información a nivel cuántico. Diferentes mecanismos han sido reportados en la literatura con el fin de evitar la decoherencia y así protejer la información cuántica. Uno de los mecanismos consiste en usar técnicas equivalentes a la corrección de errores de codificación clásicos, para información cuántica: corrección de errores cuánticos. Esta es una técnica que algunos grupos están usando y estudiando exhaustivamente, pero ésta requiere la aplicación repetida de corrección de errores, para que funcione. Otra técnica considera que la codificación de información ocurre sobre una determinada zona del espacio de Hilbert, de tal forma que por criterios de simetría, la decoherencia no se acopla con esta zona. Codificando la información en dichas zonas, los efectos de decoherencia serían eliminados completamente.