Procesos de decoherencia y enmarañamiento en puntos cuanticos y su relacion con la medida cuantica

Resumen

En esta tesis por un lado se abordan paradojas relacionadas con el problema de la Medida Cuántica y por otro lado se investigan los puntos cuánticos en general y el punto cuántico lateral triple en particular. Tal dispositivo nanotecnológico fue medido por primera vez por un grupo experimental del "National Research Council of Canada" con el que colaboramos activamente [1]. Los puntos cuánticos son estructuras que confinan portadores de carga (electrones y en ocasiones también huecos) en una pequeña región del espacio (de 10 nm a 1 ¿m). Debido a carácter ondulatorio de los portadores de carga y al gran confinamiento espacial los espectros de energías de estos dispositivos son discretos, mostrando en el caso de puntos cuánticos con simetrías agrupamiento de niveles en capas y subcapas, al igual que los espectros atómicos. Por esta razón a los puntos cuánticos también se les denomina átomos artificiales. Podemos considerar los átomos artificiales como pequeños laboratorios donde estudiar la Mecánica Cuántica a través de los efectos de las interacciones electrón-electrón. Además sus aplicaciones son varias, desde aumentar la eficiencia de paneles solares a marcadores fluorescentes de uso médico. Nosotros estamos interesados en concreto en su aplicación como piezas fundamentales del procesador de un posible futuro ordenador cuántico. Hemos estudiado las propiedades electrónicas de la molécula triatómica artificial con el modelo de Hubbard, con éste modelo además reprodujimos el diagrama de carga experimental y determinamos las reglas topológicas de Hund [2]. Por otro lado diseñamos un nuevo modelo microscópico (basado en el potencial de confinamiento al que están sometidos los electrones) para calcular los espectros energéticos y correspondientes estados electrónicos de una red de n átomos artificiales: el modelo LCHO-CI [3]. Encontramos con este modelo que los dos estados más bajos de energía de la molécula artificial triatómica [1] cargada con tres electrones Sz=-1/2 forman un qubit (unidad básica de información cuántica, análogo cuántico del bit), codificado en corriente de espín. A continuación estudiamos a través de nuestro modelo LCHO-CI el control de la interacción de intercambio para manipular este qubit mediante la aplicación de voltajes a los electrodos del dispositivo [3]. Por último investigamos la decoherencia del qubit codificado en corriente de espín debida a las fluctuaciones de carga que aparecen en todo semiconductor [4]. Dentro del campo de fundamentos de Medida Cuántica hemos abordado el estudio de las paradojas: La Paradoja de Las tres Cajas y La Paradoja de Hardy. Primeramente resolvimos el caso de La Paradoja de N Cajas en general con la Mecánica Cuántica estándar [5]. Y a continuación pusimos de manifiesto que el empleo de la formulación de Feynman de la Mecánica Cuántica ayuda a clarificar ambas paradojas [6], [7]. [1] "Stability Diagram of a Few-Electron Triple Dot". Physical Review Letters 97, 036807 (2006). L. Gaudreau, S. A. Studenikin, S.A. Sachrajda, P. Zawadzki, A. Kam, J. Lapointe, M. Korkusinski, P. Hawrylak. [2] "Topological Hund¿s Rules and the Electronic Properties of a Triple Lateral Quantum Dot Molecule". Physical Review B 75, 115301 (2007). M. Korkusinski, I. Puerto Giménez, P. Hawrylak, L. Gaudreau, S. A. Studenikin, S.A. Sachrajda. [3] "Linear Combination of Harmonic Orbitals and Configuration Interaction Method for the Voltage Control of Exchange Interaction in Gated Lateral Quantum Dot Networks". Physical Review B 76, 075336 (2007). I. Puerto Giménez, M. Korkusinski, P. Hawrylak. [4] "Dephasing of a Voltage controlled coded qubitbased on electron spin by charged impurity". Aceptado en Physical Review B. I. Puerto Giménez, C. Hsieh, M. Korkusinski, P. Hawrylak. [5] "General N-box Problem". Physics Letters A 359 (2006) 416-423. C.R. Leavens, I. Puerto Giménez, D. Alonso, R. Sala Mayato. [6] "Feynman-path analysis of hardy's paradox: Measurements and the uncertainty principle". Physics Letters A 372 (2008) 3784-3791. D. Sokolovski, I. Puerto Giménez, R. Sala Mayato. [7] "Path-integrals, the ABL rule and the three-box paradox". Physics Letters A 372 (2008) 6578-6583. D. Sokolovski, I. Puerto Giménez, R. Sala Mayato.