Durante años, los excitones oscuros han sido una especie de “fantasma” en la física: entidades que se sabía que existían, pero imposibles de ver o controlar. A diferencia de los excitones brillantes —que emiten luz y pueden detectarse con relativa facilidad—, estos pares de electrones y huecos permanecen ocultos a las técnicas ópticas convencionales. Y, sin embargo, los teóricos apuntaban a que eran candidatos perfectos para almacenar información cuántica de forma más estable.
El problema siempre fue el mismo: ¿cómo observar algo que no emite luz? Un equipo del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en Japón, acaba de responder a esa pregunta.
La técnica que permitió “iluminar” lo invisible
Los investigadores desarrollaron un microscopio de fotoemisión angular y temporal (TR-ARPES), combinado con una fuente de luz ultravioleta extrema fabricada especialmente para el experimento. Este sistema, capaz de trabajar en la escala de femtosegundos —una millonésima de una milmillonésima de segundo—, permitió seguir la formación y evolución de los excitones en materiales bidimensionales como el disulfuro de tungsteno (WS₂).
Con esta herramienta, lograron ver cómo los excitones brillantes se transformaban en excitones oscuros. Y, más importante aún, comprobaron que algunos de ellos conservaban su polarización de valle durante varios picosegundos, una propiedad cuántica que puede usarse para codificar información.
De la electrónica a la valleytrónica
Si la electrónica se basa en la carga del electrón y la espintrónica en su espín, la valleytrónica propone algo diferente: aprovechar los “valles” de energía en los que se pueden situar los electrones como si fueran bits cuánticos.
El estudio mostró que los excitones oscuros pueden mantener esta polarización de valle mucho más tiempo que los excitones brillantes, lo que los convierte en piezas fundamentales para el desarrollo de memorias cuánticas resistentes a la decoherencia y dispositivos valleytrónicos.
En cifras, los investigadores encontraron que la población de excitones oscuros dominaba el 85 % tras un picosegundo y mantenía un 40 % de polarización durante al menos 10 picosegundos. En computación cuántica, ese margen es oro puro.
Hacia un nuevo paradigma cuántico
Este avance no solo desvela un misterio experimental, sino que ofrece un camino claro para usar excitones oscuros como unidades cuánticas. La idea de manipular partículas invisibles que resisten la pérdida de información abre la posibilidad de construir memorias más estables, sensores ultraprecisos e incluso procesadores cuánticos basados en materiales bidimensionales.
El equipo japonés ya ha registrado una patente de su sistema experimental, lo que sugiere un interés inmediato en trasladar la técnica al ámbito tecnológico.
Por ahora, lo que se ha logrado es un primer vistazo a partículas que parecían condenadas a la invisibilidad. Pero si el futuro de la computación cuántica depende de controlar lo efímero, los excitones oscuros podrían ser la clave para que lo imposible se convierta en tecnología real.
Fuente: es.gizmodo.com