Investigadores del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague han mejorado drásticamente el tiempo de coherencia de una membrana cuántica desarrollada previamente. La mejora ampliará la usabilidad de la membrana para una variedad de propósitos diferentes. Con un tiempo de coherencia de cien milisegundos, la membrana puede, por ejemplo, almacenar información cuántica sensible para su posterior procesamiento en una computadora o red cuántica. El resultado ya se ha publicado en Nature Communications .

El tambor cuántico ahora está conectado a una unidad de lectura

Como primer paso, el equipo de investigadores ha combinado la membrana con un circuito de microondas superconductor, que permite lecturas precisas de la membrana. Es decir, se ha "enchufado", como se requiere para prácticamente cualquier aplicación. Con este desarrollo, la membrana se puede conectar a varios otros dispositivos que procesan o transmiten información cuántica.

Enfriamiento del sistema de tambor cuántico para alcanzar el estado fundamental cuántico

Dado que la temperatura del entorno determina el nivel de fuerzas aleatorias que perturban la membrana, es imperativo alcanzar una temperatura lo suficientemente baja para evitar que el estado cuántico de movimiento desaparezca. Los investigadores logran esto por medio de un refrigerador a base de helio. Con la ayuda del circuito de microondas, pueden controlar el estado cuántico del movimiento de la membrana. En su trabajo reciente, los investigadores pudieron preparar la membrana en el estado fundamental cuántico, lo que significa que su movimiento está dominado por fluctuaciones cuánticas. El estado fundamental cuántico corresponde a una temperatura efectiva de 0,00005 grados por encima del cero absoluto, que es −273,15 °C.

Las aplicaciones para la membrana cuántica enchufada son muchas

Se podría usar una versión ligeramente modificada de este sistema que puede sentir fuerzas tanto de microondas como de señales ópticas para construir un transductor cuántico de microondas a óptica. La información cuántica se puede transportar a temperatura ambiente en fibras ópticas por kilómetros sin perturbaciones. Por otro lado, la información normalmente se procesa dentro de una unidad de refrigeración, capaz de alcanzar temperaturas suficientemente bajas para que funcionen los circuitos superconductores como la membrana. La conexión de estos dos sistemas, circuitos superconductores a fibras ópticas, podría permitir la construcción de una Internet cuántica:varias computadoras cuánticas conectadas entre sí con fibras ópticas. Ninguna computadora tiene espacio infinito, por lo que la posibilidad de distribuir capacidades computacionales a computadoras cuánticas conectadas mejoraría enormemente la capacidad para resolver problemas complicados.

La gravedad, que no se comprende bien en la mecánica cuántica, pero es crucial, ahora se puede explorar

El papel de la gravedad en el régimen cuántico es una pregunta fundamental aún sin respuesta en física. Este es otro lugar donde el tiempo de alta coherencia de las membranas demostrado aquí puede aplicarse para el estudio. Una hipótesis en esta área es que la gravedad tiene el potencial de destruir algunos estados cuánticos con el tiempo. Con un dispositivo tan grande como la membrana, estas hipótesis pueden probarse en el futuro. + Explora más

Manipulación de los estados oscuros de los circuitos superconductores en una guía de ondas de microondas