Una futura red cuántica podría ser menos complicada gracias a investigadores de la Universidad de Chicago, el Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad de Cambridge.
Un equipo de investigadores anunció un gran avance en la ingeniería de redes cuánticas. Al "estirar" finas películas de diamante, crearon bits cuánticos que pueden funcionar con equipos y gastos significativamente reducidos. El cambio también hace que los bits sean más fáciles de controlar.
Los investigadores esperan que los hallazgos, publicados el 29 de noviembre en Physical Review X , puede hacer que las futuras redes cuánticas sean más factibles.
"Esta técnica permite aumentar drásticamente la temperatura de funcionamiento de estos sistemas, hasta el punto en que su funcionamiento requiere muchos menos recursos", dijo Alex High, profesor asistente de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular, cuyo laboratorio dirigió el estudio. /P>
Los bits cuánticos, o qubits, tienen propiedades únicas que los hacen interesantes para los científicos que buscan el futuro de las redes informáticas; por ejemplo, podrían hacerse prácticamente inmunes a los intentos de piratería. Pero aún quedan importantes desafíos por resolver antes de que se convierta en una tecnología cotidiana y generalizada.
Uno de los principales problemas reside en los "nodos" que transmitirían información a lo largo de una red cuántica. Los qubits que forman estos nodos son muy sensibles al calor y las vibraciones, por lo que los científicos deben enfriarlos a temperaturas extremadamente bajas para que funcionen.
"Hoy en día, la mayoría de los qubits requieren un refrigerador especial del tamaño de una habitación y un equipo de personas altamente capacitadas para ejecutarlo, por lo que si te imaginas una red cuántica industrial en la que tendrías que construir uno cada cinco o 10 kilómetros, ahora "Estamos hablando de bastante infraestructura y mano de obra", explicó High.
El laboratorio de High trabajó con investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, un laboratorio nacional del Departamento de Energía de EE. UU. afiliado a UChicago, para experimentar con los materiales de los que están hechos estos qubits para ver si podían mejorar la tecnología.
Uno de los tipos de qubits más prometedores está fabricado a partir de diamantes. Conocidos como centros de color del Grupo IV, estos qubits son conocidos por su capacidad de mantener el entrelazamiento cuántico durante períodos relativamente largos, pero para hacerlo deben enfriarse a sólo un poquito por encima del cero absoluto.
El equipo quería modificar la estructura del material para ver qué mejoras podían realizar, una tarea difícil dada la dureza de los diamantes. Pero los científicos descubrieron que podían "estirar" el diamante a nivel molecular si colocaban una fina película de diamante sobre vidrio caliente. A medida que el vidrio se enfría, se contrae a un ritmo más lento que el diamante, estirando ligeramente la estructura atómica del diamante, como si el pavimento se expandiera o contrajera a medida que la tierra se enfría o se calienta debajo, explicó High.
Este estiramiento, aunque sólo separa los átomos una cantidad infinitesimal, tiene un efecto dramático en el comportamiento del material.
En primer lugar, los qubits ahora podrían mantener su coherencia a temperaturas de hasta 4 Kelvin (o -452°F). Todavía hace mucho frío, pero se puede lograr con equipos menos especializados. "Es una diferencia de un orden de magnitud en infraestructura y costos operativos", dijo High.
En segundo lugar, el cambio también permite controlar los qubits con microondas. Las versiones anteriores tenían que usar luz en la longitud de onda óptica para ingresar información y manipular el sistema, lo que introducía ruido y significaba que la confiabilidad no era perfecta. Sin embargo, al utilizar el nuevo sistema y los microondas, la fidelidad aumentó al 99%.
Es inusual ver mejoras en ambas áreas simultáneamente, explicó Xinghan Guo, Ph.D. estudiante de física en el laboratorio de High y primer autor del artículo.
"Por lo general, si un sistema tiene una vida útil de coherencia más larga, es porque es bueno para 'ignorar' la interferencia externa, lo que significa que es más difícil de controlar, porque está resistiendo esa interferencia", dijo. "Es muy emocionante que al realizar una innovación fundamental en la ciencia de los materiales, hayamos podido superar este dilema".
"Al comprender la física en juego para los centros de color del Grupo IV en diamantes, adaptamos con éxito sus propiedades a las necesidades de las aplicaciones cuánticas", afirmó el científico del Laboratorio Nacional Argonne, Benjamin Pingault, también coautor del estudio.
"Con la combinación de un tiempo coherente prolongado y un control cuántico factible a través de microondas, el camino hacia el desarrollo de dispositivos basados en diamantes para redes cuánticas está claro para los centros de vacantes de estaño", añadió Mete Atature, profesor de física de la Universidad de Cambridge y coautor del estudio. en el estudio.
Más información: Xinghan Guo et al, Control cuántico basado en microondas y protección de la coherencia de qubits de espín vacantes de estaño en una heteroestructura de membrana de diamante adaptada a la tensión, Revisión física X (2023). DOI:10.1103/PhysRevX.13.041037
Información de la revista: Revisión física X
Proporcionado por la Universidad de Chicago
