Si intentaras recitar la tabla periódica, podría tropezar antes de llegar a los elementos de tierras raras.

Compuesto por itrio (elemento 39) y todo, desde lantano (elemento 57) hasta lutecio (elemento 71), las tierras raras son desconocidas para la mayoría de nosotros. Pero son vitales para las tecnologías que usamos todos los días, desde luces fluorescentes hasta Internet.

Recientemente, hemos demostrado que un elemento de tierras raras, erbio (elemento 68), puede desempeñar un papel fundamental en la futura Internet cuántica.

¿Qué son las tierras raras? ¿de todas formas?

Incluso el nombre de "tierras raras" es engañoso. De hecho, Los elementos de tierras raras no son particularmente raros. Cerio, por ejemplo, es tan común como el cobre.

El nombre "tierras raras" surgió porque están dispersas en minerales y son difíciles de extraer. por lo que solo se pudieron aislar pequeñas cantidades. Hoy dia, aunque, extraemos más de 100, 000 toneladas de elementos de tierras raras al año.

Las aplicaciones de los elementos de tierras raras son muy variadas. Aleaciones de metales, es decir, mezclas que contienen iones de tierras raras como el neodimio son los imanes más fuertes. Se utilizan en todo, desde altavoces de audio hasta motores eléctricos. Los convertidores catalíticos que reducen las emisiones nocivas en los escapes de los automóviles utilizan cerio, y las baterías recargables de hidruro metálico de níquel utilizan lantano.

Los cristales que contienen iones de tierras raras absorben y emiten luz en una variedad de longitudes de onda útiles en el ultravioleta, rangos visibles e infrarrojos del espectro.

Esto significa que los elementos de tierras raras son comunes en la iluminación. Polvos de cristal, conocidos como fósforos, que contienen europio, terbio, y el cerio se utilizan para crear el rojo, verde, y píxeles azules que componen una pantalla de televisión de plasma a todo color. También se mezclan para crear la luz blanca de las bombillas fluorescentes compactas.

Erbio e Internet

Erbio, mientras tanto, juega un papel vital en la red de fibra óptica de Internet.

La mayor parte del tráfico mundial de Internet viaja como luz en las fibras ópticas. Esto permite una transmisión rápida con una pérdida muy baja en la longitud de onda correcta (alrededor de 1, 500-1, 600 nanómetros; un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro).

Aún así, a largas distancias, esta pérdida (la luz que se escapa de la fibra) es un problema importante, y la luz debe amplificarse periódicamente.

Dado que el erbio absorbe y emite luz en 1, 550 nanómetros, exactamente en el medio de la banda de telecomunicaciones de fibra, se puede utilizar para amplificar la luz en un dispositivo llamado amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA).

Las fibras ópticas submarinas que forman la columna vertebral de Internet tienen EDFA cada 80 km aproximadamente.

La internet cuántica

Internet permite que las computadoras actuales se comuniquen entre sí, pero los investigadores ahora están desarrollando computadoras cuánticas. El erbio también podría desempeñar un papel importante aquí.

Las computadoras cuánticas hacen uso de uno de los aspectos más extraños de la física cuántica:la superposición cuántica, donde las partículas pueden existir simultáneamente en dos estados diferentes - para codificar información. Para que estas computadoras se comuniquen entre sí, necesitamos un nuevo tipo de red que pueda mantener esta información cuántica. En otras palabras, una internet cuántica.

Para hacer la Internet cuántica, necesitamos construir los análogos cuánticos de cada elemento en la Internet clásica. El análogo cuántico de los EDFA utilizados como amplificadores en nuestras fibras ópticas submarinas actuales se llama repetidor cuántico. Sucesivamente, esto requeriría memoria cuántica, que se utiliza para almacenar y sincronizar el tráfico de información en la red.

Investigadores de todo el mundo han estado trabajando en memorias cuánticas durante más de una década, pero almacenando información cuántica incluso para 1/1, 000 de segundo es un desafío. Necesitamos tiempos de almacenamiento de al menos 1/10 de segundo para Internet cuántica.

También ha sido muy difícil crear memorias que funcionen para la luz en la banda de telecomunicaciones de fibra, la longitud de onda requerida para las fibras ópticas.

El mejor enfoque hasta la fecha ha sido construir la memoria en una longitud de onda diferente, e intentar conectarlo con la banda de fibra óptica mediante, por ejemplo, convertir la longitud de onda de la luz en la entrada y salida de la memoria:un desafío en sí mismo.

¿Ayudará el erbio?

Dado que el erbio interactúa con la luz exactamente en la longitud de onda correcta, parece la opción obvia para una memoria cuántica. Sin embargo, el erbio es deficiente para almacenar información cuántica.

El problema es que el erbio es sensible a las pequeñas fluctuaciones del campo magnético que ocurren en los cristales, y esto degrada rápidamente cualquier información cuántica que tenga.

Recientemente, Descubrimos que la aplicación de un gran campo magnético puede mejorar en gran medida el tiempo de almacenamiento cuántico de ciertos cristales de erbio. Este campo, que es similar a la que se encuentra dentro de una máquina de resonancia magnética de un hospital, silencia las fluctuaciones del campo magnético. El tiempo de almacenamiento de erbio puede mejorar en un factor de 10, 000 a más de 1 segundo.

Este es el primer sistema compatible con las fibras ópticas necesarias para una Internet cuántica global que tiene un tiempo de almacenamiento lo suficientemente largo para esta red. Los siguientes pasos son construir repetidores cuánticos con este sistema, e instálelos en una red de prueba para medir su rendimiento.

En el futuro, Los materiales de erbio pueden ser tan integrales para la Internet cuántica como ya lo son para nuestra Internet actual.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.