El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha financiado recientemente tanto el Laboratorio Nacional Argonne del DOE como la Universidad de Illinois Champaign-Urbana (UIUC) en un nuevo proyecto relacionado con la ciencia de la información cuántica. El equipo de Argonne aportará al proyecto su experiencia en el acoplamiento de sistemas superconductores y magnéticos. El equipo de UIUC contribuirá con sus capacidades de clase mundial para desarrollar nuevos materiales magnéticos para sistemas cuánticos.

"La ciencia de la información cuántica promete formas nuevas y diferentes en las que los científicos pueden procesar y manipular la información para la detección, transferencia de datos e informática, "dijo Valentine Novosad, un científico senior en la división de Ciencia de Materiales de Argonne. "UIUC es un socio perfecto para que podamos realizar descubrimientos importantes en esta área".

En el campo emergente de la ciencia de la información cuántica, Las microondas pueden jugar un papel fundamental porque sus propiedades físicas les permiten proporcionar la funcionalidad cuántica deseada a temperaturas cercanas al cero absoluto (menos 460 grados Fahrenheit), una necesidad porque el calor crea errores en las operaciones cuánticas. Sin embargo, las microondas son susceptibles al ruido, que es energía no deseada que perturba la transmisión de señales y datos.

El equipo de investigación explorará si los magnones podrían asociarse con fotones de microondas para garantizar que las microondas solo puedan viajar en una dirección. esencialmente eliminando el ruido. Los magnones son las excitaciones fundamentales de los imanes. Por el contrario, Los fotones de microondas son el resultado de excitaciones electrónicas que producen ondas como las de un horno de microondas.

Los científicos de Argonne se basarán en sus esfuerzos anteriores para crear un circuito superconductor integrado con elementos magnéticos. Los magnones y los fotones se comunican entre sí a través de este dispositivo superconductor. La superconductividad, la ausencia total de resistencia eléctrica, permite el acoplamiento de magnones y fotones de microondas cerca del cero absoluto.

"Esta capacidad presenta oportunidades únicas para manipular información cuántica, "explicó Yi Li, un postdoctoral designado en la división de Ciencia de Materiales de Argonne.

En el pasado, Argonne ha jugado un papel importante en el desarrollo de detectores y sensores superconductores para comprender el funcionamiento del universo al nivel más fundamental. "Nos beneficiaremos del valioso conocimiento adquirido en estos proyectos de gran éxito en cosmología y física de partículas, "Dijo Novosad.

Los investigadores de la UIUC buscarán imanes que funcionen a temperaturas ultra frías. Estarán probando sistemas de materiales nuevos y conocidos para encontrar candidatos que puedan manejar un ambiente ultrafrío y operar en un dispositivo cuántico real.

"Muchos imanes funcionan bien con microondas a temperatura ambiente", dijo Axel Hoffmann, Profesor Fundador de Ingeniería en UIUC y líder de este proyecto. "Necesitamos materiales que también funcionen bien a temperaturas mucho más bajas, que pueden cambiar completamente sus propiedades ".

"Si tenemos éxito en estos tres años, tendremos estructuras magnéticas directamente integradas con circuitos cuánticos, ", Dijo Hoffmann." Este trabajo también podría aplicarse a dispositivos no cuánticos para la detección y la comunicación, como en las tecnologías Wi-Fi o Bluetooth ".

Este nuevo proyecto es otro ejemplo de cómo Argonne y UIUC están liderando el camino hacia un futuro cuántico. Argonne no solo lleva a cabo investigaciones interdisciplinarias dentro de su amplia cartera de proyectos QIS, sino que también lidera Q-NEXT, uno de los cinco centros de investigación de QIS que el DOE estableció en agosto de 2020. De manera similar, UIUC admite una amplia gama de proyectos de información cuántica, como Q-NEXT, a través del Centro de Ciencia y Tecnología de la Información Cuántica de Illinois (IQUIST).