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(noticias nanowerk) En el desarrollo de ordenadores y redes cuánticos se utilizan muchos componentes que difieren fundamentalmente de los que se utilizan hoy en día. Al igual que una computadora moderna, cada uno de estos componentes tiene diferentes limitaciones. Sin embargo, actualmente no está claro qué materiales se pueden utilizar para producir estos componentes para transmitir y almacenar información cuántica.
En una nueva investigación publicada en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense (“Reglas de diseño, predicción precisa de entalpía y síntesis de estequiométricos Eu3+ “Candidatos a la memoria cuántica”), el profesor de ciencia e ingeniería de materiales Daniel Shoemaker de la Universidad de Illinois Urbana Champaign y el estudiante graduado Zachary Riedel utilizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para identificar posibles compuestos de europio (Eu) que podrían servir como una nueva memoria cuántica. plataforma. También han sintetizado uno de los compuestos predichos, un material nuevo y estable en el aire que es un fuerte candidato para su uso en la memoria cuántica, un sistema para almacenar estados cuánticos de fotones u otras partículas entrelazadas sin destruir la información contenida en esa partícula.
![La estructura cristalina de doble perovskita de Cs2NaEuF6.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64829_1.jpg)
“El problema que intentamos abordar aquí es encontrar un material que pueda almacenar esta información cuántica durante un largo período de tiempo. Una forma de hacerlo es utilizar iones de metales de tierras raras”, afirma Shoemaker.
Los elementos de tierras raras como el europio, que se encuentran al final de la tabla periódica, se han mostrado prometedores para su uso en dispositivos de información cuántica debido a sus estructuras atómicas únicas. En particular, los iones de tierras raras tienen muchos electrones agrupados cerca del núcleo. La excitación de estos electrones desde el reposo puede “vivir” durante mucho tiempo: segundos o incluso horas, en el mundo de la informática una eternidad. Estos estados de larga duración son cruciales para evitar la pérdida de información cuántica y posicionar a los iones de tierras raras como fuertes candidatos para los qubits, las unidades básicas de información cuántica.
«Normalmente, en ingeniería de materiales, se puede buscar en una base de datos el material conocido que es adecuado para una aplicación concreta», explica Shoemaker. “Por ejemplo, desde hace más de 200 años se trabaja en la búsqueda de materiales ligeros y altamente resistentes adecuados para distintos vehículos. Pero en el campo de la información cuántica sólo hemos estado trabajando en ello durante una década o dos, por lo que la población de materiales es en realidad muy pequeña y rápidamente te encuentras en un territorio químico inexplorado”.
En la búsqueda de posibles nuevos materiales, Shoemaker y Riedel establecieron algunas reglas. Inicialmente querían utilizar la configuración iónica Eu.3+ (a diferencia de la otra configuración posible, UE2+), porque opera a la longitud de onda óptica correcta. Para poder “escribir” visualmente, los materiales deben ser transparentes. En segundo lugar, querían un material elaborado a partir de otros elementos que solo tuvieran un isótopo estable.
Los elementos con más de un isótopo dan como resultado una mezcla de diferentes masas nucleares que vibran a frecuencias ligeramente diferentes, distorsionando la información almacenada. En tercer lugar, querían una gran distancia entre los iones de europio individuales para limitar las interacciones no deseadas. Sin separación, las grandes nubes de electrones de europio actuarían como un dosel en un bosque, en lugar de árboles muy espaciados en un vecindario suburbano, donde el susurro de las hojas de un árbol interactuaría suavemente con las hojas de otro.
Utilizando estas reglas, Riedel creó un análisis computacional DFT para predecir qué materiales podrían formarse. Después de esta selección, Riedel pudo identificar nuevos compuestos candidatos de Eu y también sintetizar la mejor propuesta de la lista, el doble taluro de perovskita Cs.2NaEuf6. Este nuevo compuesto es estable al aire, lo que significa que puede integrarse en otros componentes, una propiedad crucial en la computación cuántica escalable. Los cálculos de DFT también predijeron otros posibles compuestos que aún no se han sintetizado.
«Hemos demostrado que aún quedan muchos materiales desconocidos por fabricar que son buenos candidatos para el almacenamiento de información cuántica», afirma Shoemaker. «Y hemos demostrado que podemos fabricarlos de manera eficiente y predecir cuáles serán estables».
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