Un nuevo microscopio estudia el estado cuántico de electrones individuales

Afortunadamente, existen otras herramientas que pueden determinar la estructura de las moléculas. Una es la resonancia de electrones de espín, que se basa en principios similares a los escáneres de resonancia magnética utilizados en medicina. Sin embargo, en la resonancia de espín de electrones, normalmente se necesitan innumerables moléculas para obtener una señal lo suficientemente grande como para ser detectable. De esta forma, no se puede acceder a las propiedades de cada molécula, sino sólo a su promedio.

Investigadores de la Universidad de Ratisbona, dirigidos por el Prof. Dr. Jascha Reib del Instituto de Física Experimental y Aplicada de la Universidad de Uruguay, han integrado la resonancia de espín electrónico en un microscopio de fuerza atómica. Es importante destacar que la resonancia del espín del electrón se detecta directamente con la punta del microscopio, de modo que la señal proviene de una sola molécula individual. De esta manera, pueden distinguir moléculas individuales una por una. Esto permitió identificar directamente los átomos que componen la molécula de la que se acababa de tomar imágenes. “Podemos incluso distinguir moléculas que no se diferencian por el tipo de átomos que las componen, sino sólo por sus isótopos, es decir, por la composición del núcleo de los átomos”, añade Lizanne Seles, primera autora de este estudio. .

«Sin embargo, estamos más interesados ​​en otra posibilidad que implica la resonancia electrónica de espín: «Esta técnica podría usarse para activar el estado cuántico de espín de los electrones en una molécula», explica el Prof. Dr. Reib. En la ilustración esto se representa como pequeñas flechas de colores. Pero ¿por qué es esto interesante? Las computadoras cuánticas almacenan y procesan información codificada en estado cuántico. Para realizar un cálculo, los ordenadores cuánticos necesitan procesar el estado cuántico sin perder información mediante la llamada decoherencia.

Los investigadores de Ratisbona demostraron que con su nueva técnica pueden activar varias veces el estado cuántico de espín en una sola molécula antes de descoherirlo. Dado que la microscopía permite obtener imágenes de una sola molécula en vivo, la técnica recientemente desarrollada podría ayudar a comprender cómo la decoherencia en una computadora cuántica depende del entorno a escala atómica y, en última instancia, cómo evitarla.