Después de décadas de miniaturización, los componentes electrónicos en los que hemos confiado para las computadoras y las tecnologías modernas ahora están comenzando a alcanzar límites fundamentales. Ante este desafío, Los ingenieros y científicos de todo el mundo se están orientando hacia un paradigma radicalmente nuevo:las tecnologías de la información cuántica.

Tecnología cuántica, que aprovecha las extrañas reglas que gobiernan las partículas a nivel atómico, normalmente se piensa que es demasiado delicado para coexistir con los dispositivos electrónicos que usamos todos los días en los teléfonos, laptops y autos. Sin embargo, Los científicos de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago anunciaron un avance significativo:los estados cuánticos pueden integrarse y controlarse en dispositivos electrónicos de uso común hechos de carburo de silicio.

"La capacidad de crear y controlar bits cuánticos de alto rendimiento en la electrónica comercial fue una sorpresa, "dijo el investigador principal David Awschalom, Profesor de la Familia Liew en Ingeniería Molecular en UChicago y pionero en tecnología cuántica. "Estos descubrimientos han cambiado la forma en que pensamos sobre el desarrollo de tecnologías cuánticas; tal vez podamos encontrar una manera de utilizar la electrónica actual para construir dispositivos cuánticos".

En dos artículos publicados en Ciencias y Avances de la ciencia , El grupo de Awschalom demostró que podían controlar eléctricamente estados cuánticos incrustados en carburo de silicio. El avance podría ofrecer un medio para diseñar y construir electrónica cuántica más fácilmente, en contraste con el uso de materiales exóticos que los científicos generalmente necesitan usar para experimentos cuánticos. como metales superconductores, átomos levitados o diamantes.

Estos estados cuánticos en el carburo de silicio tienen el beneficio adicional de emitir partículas individuales de luz con una longitud de onda cercana a la banda de telecomunicaciones. "Esto los hace muy adecuados para la transmisión de larga distancia a través de la misma red de fibra óptica que ya transporta el 90 por ciento de todos los datos internacionales en todo el mundo, "dijo Awschalom, científico senior del Laboratorio Nacional Argonne y director del Chicago Quantum Exchange.

Es más, estas partículas de luz pueden adquirir nuevas y emocionantes propiedades cuando se combinan con la electrónica existente. Por ejemplo, en el artículo de Science Advances, el equipo pudo crear lo que Awschalom llamó una "radio FM cuántica"; de la misma manera que la música se transmite a la radio de su automóvil, La información cuántica se puede enviar a distancias extremadamente largas.

"Toda la teoría sugiere que para lograr un buen control cuántico en un material, debe ser puro y libre de campos fluctuantes, "dijo el estudiante de posgrado Kevin Miao, primer autor del artículo. "Nuestros resultados sugieren que con un diseño adecuado, un dispositivo no solo puede mitigar esas impurezas, pero también crear formas adicionales de control que antes no eran posibles ".

En el artículo de Science, describen un segundo avance que aborda un problema muy común en la tecnología cuántica:el ruido.

"Las impurezas son comunes en todos los dispositivos semiconductores, y a nivel cuántico, estas impurezas pueden alterar la información cuántica creando un entorno eléctrico ruidoso, "dijo el estudiante graduado Chris Anderson, co-primer autor del artículo. "Este es un problema casi universal para las tecnologías cuánticas".

Pero, mediante el uso de uno de los elementos básicos de la electrónica:el diodo, un interruptor unidireccional para electrones; el equipo descubrió otro resultado inesperado:la señal cuántica de repente se liberó de ruido y era casi perfectamente estable.

"En nuestros experimentos, necesitamos usar láseres, que desafortunadamente empujan a los electrones alrededor. Es como un juego de sillas musicales con electrones; cuando la luz se apaga todo se detiene, pero en una configuración diferente, "dijo el estudiante graduado Alexandre Bourassa, el otro co-primer autor del artículo. "El problema es que esta configuración aleatoria de electrones afecta nuestro estado cuántico. Pero descubrimos que la aplicación de campos eléctricos elimina los electrones del sistema y lo hace mucho más estable".

Al integrar la extraña física de la mecánica cuántica con la tecnología de semiconductores clásica bien desarrollada, Awschalom y su grupo están allanando el camino para la próxima revolución de la tecnología cuántica.

"Este trabajo nos acerca un paso más a la realización de sistemas capaces de almacenar y distribuir información cuántica a través de las redes de fibra óptica del mundo". ", Dijo Awschalom." Tales redes cuánticas generarían una clase novedosa de tecnologías que permitirían la creación de canales de comunicación imposibles de piratear, la teletransportación de estados de un solo electrón y la realización de una Internet cuántica ".