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(noticias nanowerk) Una futura red cuántica podría ser menos complicada gracias a investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), la Universidad de Chicago y la Universidad de Cambridge.
Un equipo de investigadores anunció un gran avance en la tecnología de redes cuánticas: «estirando» finas películas de diamante, crearon bits cuánticos que pueden operarse con equipos y costos significativamente reducidos. El cambio también hace que las brocas sean más fáciles de controlar.
Los investigadores esperan que los resultados hayan sido publicados. Examen físico X (“Control cuántico basado en microondas y protección de coherencia de qubits de espín vacantes de estaño en una heteroestructura de membrana de diamante sintonizada por tensión”) puede hacer que las futuras redes cuánticas sean más prácticas.
«Con esta técnica, se puede 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 en la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago, cuyo laboratorio dirigió el estudio. .
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 volverse prácticamente inmunes a los ataques de los piratas informáticos. Sin embargo, se deben superar importantes desafíos antes de que pueda convertirse en una tecnología cotidiana y generalizada.
Uno de los principales problemas reside en los “nodos” que pasarían 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 necesitan enfriarlos a temperaturas extremadamente bajas para poder funcionar.
“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 manejarlo. Entonces, si estás imaginando una red cuántica industrial en la que tendrías que construir una cada cinco o 10 kilómetros, has venido al lugar correcto: «Estamos hablando de bastante infraestructura y mano de obra», dijo High. .
El laboratorio de High trabajó con investigadores de Argonne para experimentar con los materiales utilizados para fabricar estos qubits y ver si podían mejorar la tecnología.
Uno de los tipos de qubits más prometedores está fabricado a partir de diamantes. Estos qubits, conocidos como “centros de color del Grupo IV”, son conocidos por su capacidad para mantener el entrelazamiento cuántico durante períodos de tiempo relativamente largos. Sin embargo, para hacer esto, deben enfriarse hasta un toque por encima del cero absoluto.
El equipo quería modificar la estructura del material para ver qué mejoras podían realizar, una tarea difícil teniendo en cuenta lo duros que son los diamantes. Sin embargo, los científicos descubrieron que al colocar una fina película de diamante sobre vidrio caliente, podían «expandir» el diamante a nivel molecular. A medida que el vidrio se enfría, se contrae más lentamente que el diamante, expandiendo ligeramente la estructura atómica del diamante, del mismo modo que un pavimento se expande o contrae cuando la tierra debajo se enfría o calienta, explicó High.
Aunque este estiramiento sólo separa los átomos una pequeña cantidad, tiene efectos dramáticos en el comportamiento del material.
En primer lugar, los qubits ahora podrían mantener la coherencia a temperaturas tan bajas como 4 Kelvin (o menos 452 grados Fahrenheit). Esto 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 mediante microondas. Las versiones anteriores tenían que utilizar luz en la longitud de onda óptica para introducir información y manipular el sistema, lo que introducía ruido y hacía que la fiabilidad no fuera perfecta. Sin embargo, con el uso del nuevo sistema y microondas, la fidelidad aumentó al 99%.
Es inusual ver mejoras en ambas áreas al mismo tiempo, afirmó Xinghan Guo, Ph.D. Estudiante de física en el laboratorio superior y primer autor del trabajo.
«Cuando un sistema suele tener una vida útil de coherencia más larga, es porque es bueno para ‘ignorar’ perturbaciones externas, lo que significa que es más difícil de controlar porque resiste esas perturbaciones», dijo. «Es muy emocionante que hayamos podido superar este dilema a través de una innovación fundamental en la ciencia de los materiales».
«Al comprender la física en juego para los centros de color del Grupo IV en diamantes, pudimos adaptar con éxito sus propiedades a las necesidades de las aplicaciones cuánticas», dijo el científico de Argonne Benjamin Pingault, también coautor del estudio.
«Con la combinación de un tiempo de coherencia extendido y un posible control cuántico a través de microondas, el camino hacia el desarrollo de dispositivos basados en diamantes para redes cuánticas para centros de vacantes de estaño está claro», dijo Mete Atature, profesor de física en la Universidad de Cambridge y coautor de El estudio.
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