(Noticias de Nanowerk) Una futura red cuántica puede 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 ingeniería de redes cuánticas: al "estirar" películas delgadas de diamante, crearon bits cuánticos que pueden funcionar con equipos y gastos significativamente reducidos. El cambio también hace que las brocas sean más fáciles de controlar. Los investigadores esperan que los hallazgos, publicados en Revisión física X (“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”), puede hacer que las futuras redes cuánticas sean más factibles. Al "estirar" películas delgadas de diamante, los investigadores han creado bits cuánticos que pueden funcionar con equipos y gastos significativamente reducidos. (Ilustración de Peter Allen) "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 de Ingeniería Molecular Pritzker de UChicago. 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 intentos de piratería. Pero existen importantes desafíos que resolver antes de que pueda convertirse 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”, dijo High. El laboratorio de High trabajó con investigadores de Argonne 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 hasta apenas un poquito por encima del cero absoluto. El equipo quería modificar la estructura del material para ver qué mejoras podían hacer, 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 calienta debajo de él, explicó High. Este estiramiento, aunque separa los átomos sólo en 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 menos 452 grados Fahrenheit). 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 las 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", dijo el científico de Argonne Benjamin Pingault, también coautor del estudio.

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