Si podemos aprovecharlo, La tecnología cuántica promete fantásticas nuevas posibilidades. Pero primero, los científicos necesitan convencer a los sistemas cuánticos para que permanezcan unidos durante más de unas pocas millonésimas de segundo.

Un equipo de científicos de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago anunció el descubrimiento de una modificación simple que permite que los sistemas cuánticos permanezcan operativos o "coherentes" 10, 000 veces más que antes. Aunque los científicos probaron su técnica en una clase particular de sistemas cuánticos llamados qubits de estado sólido, piensan que debería ser aplicable a muchos otros tipos de sistemas cuánticos y, por lo tanto, podría revolucionar la comunicación cuántica, computación y detección.

El estudio aparece en la edición del 13 de agosto de Ciencias .

"Este avance sienta las bases para nuevas y emocionantes vías de investigación en ciencia cuántica, "dijo el autor principal del estudio, David Awschalom, el Profesor de la Familia Liew en Ingeniería Molecular, científico senior del Laboratorio Nacional Argonne y director del Chicago Quantum Exchange. "La amplia aplicabilidad de este descubrimiento, junto con una implementación notablemente simple, permite que esta sólida coherencia afecte a muchos aspectos de la ingeniería cuántica. Permite nuevas oportunidades de investigación que antes se consideraban poco prácticas ".

Abajo al nivel de los átomos, el mundo opera de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, muy diferente de lo que vemos a nuestro alrededor en nuestra vida diaria. Estas diferentes reglas podrían traducirse en tecnología como redes virtualmente imposibles de piratear o computadoras extremadamente poderosas; El Departamento de Energía de EE. UU. publicó un plan para la futura Internet cuántica en un evento en UChicago el 23 de julio. Pero los desafíos fundamentales de la ingeniería persisten:los estados cuánticos necesitan un entorno extremadamente silencioso, espacio estable para operar, ya que son fácilmente perturbados por el ruido de fondo proveniente de las vibraciones, cambios de temperatura o campos electromagnéticos dispersos.

Por lo tanto, los científicos tratan de encontrar formas de mantener la coherencia del sistema el mayor tiempo posible. Un enfoque común es aislar físicamente el sistema del entorno ruidoso, pero esto puede resultar difícil de manejar y complejo. Otra técnica consiste en hacer que todos los materiales sean lo más puros posible, que puede ser costoso. Los científicos de UChicago tomaron un rumbo diferente.

"Con este enfoque, no intentamos eliminar el ruido del entorno; en lugar de, "Engañamos" al sistema para que piense que no experimenta el ruido, "dijo el investigador postdoctoral Kevin Miao, el primer autor del artículo.

Junto con los pulsos electromagnéticos habituales que se utilizan para controlar los sistemas cuánticos, el equipo aplicó un campo magnético alterno continuo adicional. Al ajustar con precisión este campo, los científicos podían rotar rápidamente los espines de los electrones y permitir que el sistema "desconectara" el resto del ruido.

"Para tener una idea del principio, es como sentarse en un tiovivo con gente gritando a tu alrededor, "Explicó Miao." Cuando el viaje está quieto, puedes escucharlos perfectamente, pero si estás girando rápidamente, el ruido se difumina en un fondo ".

Este pequeño cambio permitió que el sistema se mantuviera coherente hasta 22 milisegundos, cuatro órdenes de magnitud más alto que sin la modificación, y mucho más largo que cualquier sistema de espín de electrones informado anteriormente. (Para comparacion, un abrir y cerrar de ojos tarda unos 350 milisegundos). El sistema puede desconectar casi por completo algunas formas de fluctuaciones de temperatura, vibraciones físicas, y ruido electromagnético, todo lo cual normalmente destruye la coherencia cuántica.

La solución simple podría desbloquear descubrimientos en prácticamente todas las áreas de la tecnología cuántica, dijeron los científicos.

"Este enfoque crea un camino hacia la escalabilidad, ", dijo Awschalom." Debería hacer que el almacenamiento de información cuántica en espín de electrones sea práctico. Los tiempos de almacenamiento extendidos permitirán operaciones más complejas en computadoras cuánticas y permitirán que la información cuántica transmitida desde dispositivos basados ​​en espines recorra distancias más largas en las redes ".

Aunque sus pruebas se realizaron en un sistema cuántico de estado sólido utilizando carburo de silicio, los científicos creen que la técnica debería tener efectos similares en otros tipos de sistemas cuánticos, tales como bits cuánticos superconductores y sistemas cuánticos moleculares. Este nivel de versatilidad es inusual para un avance de ingeniería de este tipo.

"Hay muchos candidatos para la tecnología cuántica que se dejaron de lado porque no pudieron mantener la coherencia cuántica durante largos períodos de tiempo, "Dijo Miao." Esos podrían ser reevaluados ahora que tenemos esta forma de mejorar enormemente la coherencia.

"La mejor parte es, es increíblemente fácil de hacer, ", agregó." La ciencia detrás de esto es intrincada, pero la logística de agregar un campo magnético alterno es muy sencilla ".