Los defectos atómicos de los diamantes se pueden utilizar como memorias cuánticas. Los investigadores de TU Wien han logrado por primera vez acoplar los defectos en varios diamantes utilizando la física cuántica.

Los diamantes con pequeños defectos podrían desempeñar un papel crucial en el futuro de la tecnología cuántica. Por un tiempo, Los investigadores de TU Wien han estado estudiando las propiedades cuánticas de tales diamantes, pero sólo ahora han logrado unir los defectos específicos de dos de esos diamantes entre sí. Este es un requisito previo importante para el desarrollo de nuevas aplicaciones, como sensores e interruptores de alta sensibilidad para computadoras cuánticas. Los resultados de la investigación ahora se publicarán en la revista. Cartas de revisión física .

En busca de un sistema cuántico adecuado

"Desafortunadamente, los estados cuánticos son muy frágiles y decaen muy rápidamente ", explica Johannes Majer, jefe del grupo de investigación cuántica híbrida, con sede en el Instituto de Física Atómica y Subatómica de TU Wien. Por esta razón, Se está llevando a cabo una investigación en profundidad con el objetivo de encontrar sistemas cuánticos que puedan utilizarse para aplicaciones técnicas. Aunque hay algunos candidatos prometedores con ventajas particulares, hasta ahora no ha existido ningún sistema que cumpla todos los requisitos simultáneamente.

"Los diamantes con defectos muy específicos son un candidato potencial para hacer realidad las computadoras cuánticas", dice Johannes Majer. Un diamante puro está formado únicamente por átomos de carbono. En algunos diamantes sin embargo, puede haber puntos donde hay un átomo de nitrógeno en lugar de un átomo de carbono y vecino a este, dentro de la estructura atómica del diamante, hay una anomalía en la que no hay ningún átomo; esto se conoce como "vacante". Este defecto que consiste en el átomo de nitrógeno y la vacante, forma un sistema cuántico con un estado muy duradero, hacer diamantes con estos defectos particulares ideales para experimentos cuánticos.

Todo depende del acople

Un prerrequisito importante para muchas aplicaciones de la tecnología cuántica es de hecho la capacidad de acoplar estos sistemas cuánticos juntos, que hasta ahora apenas ha sido posible para los sistemas de diamantes. "La interacción entre dos de estos defectos de vacancia de nitrógeno es extremadamente débil y solo tiene un alcance de alrededor de 10 nanómetros", dice Majer.

Sin embargo, esta hazaña ahora se ha logrado; aunque con la ayuda de un chip cuántico superconductor que produce radiación de microondas. Desde hace varios años, el equipo de TU Wien ha estado investigando cómo se pueden manipular los diamantes con la ayuda de microondas:"miles de millones de defectos de vacancia de nitrógeno en los diamantes se combinan colectivamente con un campo de microondas", dice Majer. "De este modo, el estado cuántico de los diamantes se puede manipular y leer ".

Ahora, el equipo ha logrado dar el siguiente paso:pudieron unir dos diamantes diferentes, uno en cada extremo del chip, produciendo así una interacción entre los dos diamantes. "Esta interacción está mediada por el resonador de microondas en el chip intermedio; aquí, el resonador juega un papel similar al de un bus de datos en una computadora normal ", dice Johannes Majer.

El acoplamiento entre los dos diamantes se puede activar y desactivar de forma selectiva:"los dos diamantes se giran uno contra el otro en un cierto ángulo", informa Thomas Astner, el autor principal del trabajo actual. "Adicionalmente, se aplica un campo magnético, con la dirección jugando un papel decisivo:si ambos diamantes están alineados en el mismo ángulo dentro del campo magnético, luego se pueden acoplar utilizando la física cuántica. Con otras direcciones de campo magnético, es posible investigar los diamantes individuales sin acoplamiento ". Los primeros pasos del experimento fueron dados por Noomi Peterschofsky como parte de su tesis de pregrado. Thomas Astner y Stefan Nevlacsil consiguieron posteriormente demostrar el acoplamiento de los diamantes en un experimento como parte de su tesis de maestría.