El concepto de "simetría" es esencial para la física fundamental:un elemento crucial en todo, desde partículas subatómicas hasta cristales macroscópicos. En consecuencia, la falta de simetría, o asimetría, puede afectar drásticamente las propiedades de un sistema dado.

Los qubits, el análogo cuántico de los bits de computadora para computadoras cuánticas, son extremadamente sensibles:la más mínima perturbación en un sistema de qubits es suficiente para que pierda cualquier información cuántica que pueda haber transportado. Dada esta fragilidad, parece intuitivo que los qubits serían más estables en un entorno simétrico. Sin embargo, para cierto tipo de qubit, un qubit molecular, ocurre lo contrario.

Investigadores de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular (PME) de la Universidad de Chicago, la Universidad de Glasgow y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han descubierto que los qubits moleculares son mucho más estables en un entorno asimétrico, lo que amplía las posibles aplicaciones de tales qubits, especialmente como sensores cuánticos biológicos.

El trabajo fue publicado en agosto en Physical Review X .

"Los qubits moleculares son notablemente versátiles, ya que pueden diseñarse a medida y colocarse en una variedad de entornos diferentes", dijo David Awschalom, profesor de ingeniería molecular y física de la familia Liew en UChicago, científico principal de Argonne, director de Chicago Quantum Exchange y director de Q-NEXT, un Centro de Ciencias de la Información Cuántica del Departamento de Energía. "El desarrollo de este método para estabilizarlos abre nuevas puertas para posibles aplicaciones de esta tecnología emergente".

El uso de un sistema como qubit requiere que tenga dos estados cuánticos que puedan corresponder a "0" y "1", como en una computadora clásica. Pero los estados cuánticos son frágiles y colapsarán si se les perturba de alguna manera. Los científicos cuánticos han estado superando los límites de cuánto tiempo pueden hacer que un qubit mantenga un estado cuántico antes de colapsar, también conocido como "tiempo de coherencia".

Proteger los qubits de tanta influencia externa como sea posible es una forma de tratar de aumentar su tiempo de coherencia, y al colocar los qubits moleculares en una matriz de cristal asimétrica, Awschalom y su equipo descubrieron que ciertos estados cuánticos eran mucho menos sensibles a los campos magnéticos externos. y, por lo tanto, tuvo tiempos de coherencia más largos:10 µs, en comparación con los 2 µs de qubits idénticos en una matriz de cristal simétrica.

Dan Laorenza, un estudiante graduado de química en el MIT que trabajó en el proyecto, dice que el entorno asimétrico brinda "protección de coherencia" que podría permitir que los qubits conserven su información cuántica incluso si se colocan en lugares más caóticos.

"Ahora comprendemos un mecanismo directo y confiable para mejorar la coherencia de los qubits moleculares en entornos magnéticamente ruidosos", dijo. "Lo que es más importante, este entorno asimétrico se traslada fácilmente a muchos otros sistemas moleculares, especialmente para las moléculas que se encuentran en entornos amorfos como los que se encuentran en biología".

Los sensores cuánticos Qubit tienen innumerables aplicaciones potenciales en sistemas biológicos, especialmente en contextos médicos; pero estos sistemas son conocidos por no estar estructurados y ser ruidosos, lo que hace que mantener la coherencia de estos sensores qubit sea un desafío muy difícil. Aprender por qué un entorno asimétrico estabiliza los cúbits moleculares frente a los campos magnéticos podría conducir a mejores sensores en estos campos de investigación. + Explora más

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