Un equipo de investigadores de Cambridge ha encontrado una forma de controlar el mar de núcleos en puntos cuánticos semiconductores para que puedan operar como un dispositivo de memoria cuántica.

Los puntos cuánticos son cristales formados por miles de átomos, y cada uno de estos átomos interactúa magnéticamente con el electrón atrapado. Si se deja solo a sus propios dispositivos, esta interacción del electrón con los espines nucleares, limita la utilidad del electrón como un bit cuántico, un qubit.

Dirigido por el profesor Mete Atatüre, miembro del St John's College, Universidad de Cambridge, el grupo de investigación, ubicado en el Laboratorio Cavendish, explotar las leyes de la física cuántica y la óptica para investigar la computación, aplicaciones de detección o comunicación.

Atatüre dijo:"Los puntos cuánticos ofrecen una interfaz ideal, mediado por la luz, a un sistema donde la dinámica de los giros interactivos individuales podría controlarse y explotarse. Debido a que los núcleos 'roban' aleatoriamente información del electrón, tradicionalmente han sido una molestia, pero hemos demostrado que podemos aprovecharlos como recurso ".

El equipo de Cambridge encontró una manera de explotar la interacción entre el electrón y los miles de núcleos usando láseres para 'enfriar' los núcleos a menos de 1 miliKelvin. o una milésima de grado por encima de la temperatura del cero absoluto. Luego demostraron que pueden controlar y manipular los miles de núcleos como si formaran un solo cuerpo al unísono. como un segundo qubit. Esto demuestra que los núcleos del punto cuántico pueden intercambiar información con el qubit de electrones y pueden usarse para almacenar información cuántica como un dispositivo de memoria. Los hallazgos se han publicado en Ciencias hoy dia.

La computación cuántica tiene como objetivo aprovechar los conceptos fundamentales de la física cuántica, como el principio de entrelazamiento y superposición, para superar los enfoques actuales de la informática y podría revolucionar la tecnología, negocios e investigación. Al igual que las computadoras clásicas, las computadoras cuánticas necesitan un procesador, memoria, y un autobús para transportar la información hacia adelante y hacia atrás. El procesador es un qubit que puede ser un electrón atrapado en un punto cuántico, el bus es un solo fotón que generan estos puntos cuánticos y son ideales para intercambiar información. Pero el eslabón perdido de los puntos cuánticos es la memoria cuántica.

Atatüre dijo:"En lugar de hablar con espines nucleares individuales, trabajamos en el acceso a ondas de giro colectivas mediante láseres. Esto es como un estadio donde no tienes que preocuparte por quién levanta la mano en la ola mexicana dando vueltas, siempre y cuando haya una ola colectiva porque todos bailan al unísono.

"Luego pasamos a demostrar que estas ondas de espín tienen coherencia cuántica. Esta era la pieza que faltaba en el rompecabezas y ahora tenemos todo lo necesario para construir una memoria cuántica dedicada para cada qubit".

En tecnologías cuánticas, el fotón, el qubit y la memoria deben interactuar entre sí de forma controlada. Esto se logra principalmente mediante la interconexión de diferentes sistemas físicos para formar una sola unidad híbrida que puede ser ineficaz. Los investigadores han podido demostrar que en puntos cuánticos, el elemento de memoria está ahí automáticamente con cada qubit.

Dr. Dorian Gangloff, uno de los primeros autores del artículo y miembro de St John's, dijo que el descubrimiento renovará el interés en este tipo de puntos cuánticos semiconductores. El Dr. Gangloff explicó:"Este es un avance del Santo Grial para la investigación de puntos cuánticos, tanto para la memoria cuántica como para la investigación fundamental; ahora tenemos las herramientas para estudiar la dinámica de sistemas complejos en el espíritu de la simulación cuántica".

Las oportunidades a largo plazo de este trabajo podrían verse en el campo de la computación cuántica. El mes pasado, IBM lanzó la primera computadora cuántica comercial del mundo, y el director ejecutivo de Microsoft ha dicho que la computación cuántica tiene el potencial de "remodelar radicalmente el mundo".

Gangloff dijo:"El impacto del qubit podría estar a medio siglo de distancia, pero el poder de la tecnología disruptiva es que es difícil concebir los problemas que podríamos abrir; puedes intentar pensar en ellos como incógnitas conocidas, pero en algún momento te adentras en un nuevo territorio. Todavía no sabemos el tipo de problemas que ayudará a resolver, lo cual es muy emocionante ".