La nanociencia cuántica es el área de investigación básica en la intersección de la ciencia a nanoescala y la ciencia cuántica que crea la comprensión que permite el desarrollo de nanotecnologías . Utiliza la mecánica cuántica para explorar y utilizar efectos cuánticos coherentes en nanoestructuras diseñadas. Esto eventualmente puede conducir al diseño de nuevos tipos de nanodispositivos y materiales a escala nanoscópica, donde la funcionalidad y la estructura de los nanodispositivos cuánticos se describen a través de fenómenos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento.. Con el creciente trabajo hacia la realización de la computación cuántica, la cuántica ha adquirido un nuevo significado que describe los efectos a esta escala. El cuanto actual se refiere a los fenómenos mecánicos cuánticos de superposición, entrelazamiento y coherencia cuántica que se diseñan en lugar de los fenómenos que ocurren naturalmente.
Conceptos fundamentales
Coherencia
La nanociencia cuántica explora y utiliza efectos cuánticos coherentes en nanoestructuras diseñadas. La coherencia es la propiedad de un sistema cuántico que permite predecir su evolución en el tiempo, una vez preparado en una superposición de diferentes estados cuánticos. Esta propiedad es importante cuando se pretende utilizar el sistema para tareas específicas, como realizar una secuencia de operaciones lógicas en una computadora cuántica. La coherencia cuántica es frágil y se puede perder fácilmente si el sistema se vuelve demasiado grande o está sujeto a interacciones incontroladas con el medio ambiente. La funcionalidad habilitada para la coherencia cuántica promete hacer posibles tecnologías disruptivas como la computación cuántica , la comunicación cuántica , la simulación cuántica y la detección cuántica . Los efectos cuánticos coherentes a nanoescala son un territorio relativamente desconocido. Por lo tanto, el campo de la nanociencia cuántica es especial entre las ciencias básicas porque proporciona un camino hacia esta frontera del conocimiento humano.
La coherencia cuántica está en el corazón de la nanociencia cuántica. El objetivo del campo es manipular y explotar la funcionalidad coherente cuántica. Gran parte de la nanociencia cuántica se dedica a comprender los mecanismos de decoherencia para preservar y maximizar la coherencia.
Superposición
La superposición es el fenómeno cuántico en el que una entidad puede existir simultáneamente en dos estados. La descripción clásica es el experimento del gato de Schroedinger . En este experimento de gedanken , el gato puede estar vivo y muerto hasta que se observe realmente el estado del gato.
Entrelazamiento
El entrelazamiento puede vincular los estados cuánticos de dos o más objetos a cualquier distancia. El entrelazamiento se encuentra en el corazón de la teletransportación cuántica y la comunicación cuántica .
Habilitar a los mandantes
La búsqueda de la funcionalidad habilitada para la coherencia cuántica incluye los campos habilitadores de la investigación nanocientífica cuántica, como los materiales y herramientas habilitantes que se dirigen hacia el objetivo de lograr la funcionalidad habilitada para la coherencia. Los elementos cuánticos, materiales, herramientas y fabricación son todos cuánticos y / o nano. La nanociencia cuántica puede incluirlos siempre que busquen un camino hacia la funcionalidad coherente cuántica.
Aplicaciones
- Computación cuántica
- La comunicación cuántica es una comunicación ultra segura y a prueba de piratería que utiliza estados entrelazados.
- Simulador cuántico
- La detección cuántica utiliza un estado cuántico para detectar otro objeto. La fragilidad de la coherencia se puede convertir en un recurso utilizando la pérdida de coherencia del sistema cuántico como una herramienta sensible para sondear el medio ambiente.
Ver también
- Cuántico
- Computadora cuántica
- Premio Kavli : premios a la labor científica destacada en los campos de la astrofísica , la nanociencia y la neurociencia.
- Centro de nanociencia cuántica
Referencias
Otras lecturas
- Feynman, Richard P. (marzo de 1992). "Hay mucho espacio en la parte inferior [almacenamiento de datos]". Revista de sistemas microelectromecánicos . 1 (1): 60–66. doi : 10.1109 / 84.128057 . ISSN 1057-7157 . S2CID 40094454 .
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- Deutsch D., Física, Filosofía y Tecnología Cuántica , en las Actas de la Sexta Conferencia Internacional sobre Comunicación, Medición y Computación Cuántica, Shapiro, JH e Hirota, O., Eds. (Rinton Press, Princeton, Nueva Jersey. 2003)
- VE Tarasov, Nanotecnología Cuántica, Revista Internacional de Nanociencia. Vol.8. No 4-5. (2009) 337—344.
enlaces externos
- Departamento de Nanociencia Cuántica - Instituto Kavli de Nanociencia
- Grupo de Nanociencia Cuántica - Red de Nanotecnología del Consejo de Investigación de Australia
- Centro de nanociencia cuántica
- Centro de nanociencia cuántica Mike y Ofelia Lazaridis
- División de Nanociencia Cuántica - Instituto Peter Grünberg, Centro de Investigación Jülich