Una Internet cuántica promete una comunicación completamente segura. Pero el uso de bits o qubits cuánticos para transportar información requiere una pieza de hardware radicalmente nueva:una memoria cuántica. Este dispositivo de escala atómica necesita almacenar información cuántica y convertirla en luz para transmitirla a través de la red.

Un gran desafío para esta visión es que los qubits son extremadamente sensibles a su entorno, incluso las vibraciones de los átomos cercanos pueden alterar su capacidad para recordar información. Hasta aquí, Los investigadores han confiado en temperaturas extremadamente bajas para silenciar las vibraciones, pero, alcanzar esas temperaturas para redes cuánticas a gran escala es prohibitivamente caro.

Ahora, Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson y la Universidad de Cambridge han desarrollado una solución de memoria cuántica que es tan simple como afinar una guitarra.

Los investigadores diseñaron cadenas de diamantes que se pueden sintonizar para silenciar el entorno de un qubit y mejorar la memoria de decenas a varios cientos de nanosegundos. tiempo suficiente para realizar muchas operaciones en un chip cuántico.

"Las impurezas en el diamante han surgido como nodos prometedores para las redes cuánticas, "dijo Marko Loncar, el profesor Tiantsai Lin de Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal de la investigación. "Sin embargo, no son perfectos. Algunos tipos de impurezas son realmente buenos para retener información, pero tienen dificultades para comunicarse. mientras que otros son muy buenos comunicadores pero sufren pérdida de memoria. En este trabajo, tomamos el último tipo y mejoramos la memoria diez veces ".

La investigación se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

Impurezas en el diamante conocidos como centros de color de vacantes de silicio, son qubits poderosos. Un electrón atrapado en el centro actúa como un bit de memoria y puede emitir fotones individuales de luz roja, que a su vez actuarían como portadores de información a larga distancia de una Internet cuántica. Pero con los átomos cercanos en el cristal de diamante vibrando al azar, el electrón en el centro olvida rápidamente cualquier información cuántica que se le pide que recuerde.

"Ser un electrón en un centro de color es como intentar estudiar en un mercado ruidoso, "dijo Srujan Meesala, estudiante de posgrado en SEAS y co-primer autor del artículo. "Hay todo este ruido a tu alrededor. Si quieres recordar algo, debe pedirle a la multitud que se quede callada o encontrar una manera de concentrarse en el ruido. Hicimos lo último ".

Para mejorar la memoria en un entorno ruidoso, los investigadores tallaron el cristal de diamante que alberga el centro de color en una cuerda delgada, aproximadamente una micra de ancho, cien veces más delgado que un mechón de cabello, y electrodos adheridos a cada lado. Aplicando un voltaje, la cuerda de diamante se estira y aumenta la frecuencia de vibraciones a las que el electrón es sensible, Al igual que apretar una cuerda de guitarra, aumenta la frecuencia o el tono de la cuerda.

"Al crear tensión en la cuerda, aumentamos la escala de energía de las vibraciones a las que el electrón es sensible, lo que significa que ahora solo puede sentir vibraciones de muy alta energía, "dijo Meesala." Este proceso convierte efectivamente las vibraciones circundantes en el cristal en un zumbido de fondo irrelevante, permitiendo que el electrón dentro de la vacante retenga información cómodamente durante cientos de nanosegundos, que puede ser mucho tiempo en la escala cuántica. Una sinfonía de estas cadenas de diamantes sintonizables podría servir como la columna vertebral de una futura Internet cuántica ".

Próximo, los investigadores esperan extender la memoria de los qubits al milisegundo, lo que permitiría cientos de miles de operaciones y comunicaciones cuánticas a larga distancia.