Generación, evolución y detección de entrelazamiento electrónico en nanoestructuras

Résumé

Existe un fenómeno en mecánica cuántica sin análogo clásico llamado "entrelazamiento" por el cual es posible preparar dos partículas en un estado tal que éste no puede ser descrito como el producto directo del estado de cada una de las partículas, no importa cuan lejos espacialmente se encuentren una de la otra. Este tipo de correlaciones cuánticas no locales puede ser utilizado como un recurso físico dentro del campo de la información cuántica, por ejemplo, para realizar teleportación cuántica. En particular, pares de electrones con entrelazamiento de spin no local podrían ser utilizados en un futuro para tareas de comunicación cuántica en computadores cuánticos basados en física del estado sólido. En esta tesis hemos considerado tres aspectos importantes relacionados con ellos. Primero hemos estudiado el problema de cómo generar dichos pares Einstein-Podolsky-Rosen (EPR). Hemos obtenido un Hamiltoniano de túnel local que permite investigar transporte a través de interfaces de tamaño finito y geometría arbitraria. Con él hemos analizado la emisión de pares de Cooper desde un superconductor a dos metales normales a través de dos contactos túnel pequeño separados una distancia r. Este dispositivo podría ser utilizado como un "entrelazador", o sea, una fuente de pares EPR, ya que los electrones emitidos poseen un estado de spin entrelazado, en particular, tipo singlete. Para evitar el problema del rápido decaimiento de esa corriente con r, hemos propuesto un mecanismo nuevo para separar los electrones entrelazados que hace uso de resonancias normales y Andreev en una estructura superconductor-doble barrera-gas bidimensional de electrones (2DEG). Este entrelazador está basado en un filtro angular que genera haces divergentes de electrones entrelazados no localmente. En una segunda parte hemos considerado el problema de la evolución de esos pares entrelazados dentro de la nanoestructura cuando estos están some