Un pequeño dispositivo lleno de diamantes y estaño podría impulsar el trabajo hacia la Internet cuántica

La información cuántica en forma de bits cuánticos, o qubits, se ve fácilmente alterada por el ruido ambiental, como los campos magnéticos, que destruyen la información. Entonces, por un lado, es deseable tener qubits que no interactúen fuertemente con el medio ambiente. Por otro lado, sin embargo, estos qubits necesitan interactuar fuertemente con la luz o los fotones, clave para transportar información a distancia.

Los investigadores del MIT y Cambridge permiten ambas cosas mediante la cointegración de dos tipos diferentes de qubits que trabajan juntos para guardar y transmitir información. Además, el equipo reporta una alta eficiencia en la transferencia de esta información.

“Este es un paso crítico ya que demuestra la viabilidad de integrar qubits electrónicos y nucleares en un microchiplet. Esta integración aborda la necesidad de preservar la información cuántica a largas distancias manteniendo al mismo tiempo una fuerte interacción con los fotones”, dijo Dirk Englund, quien dirigió la investigación en el MIT, en un comunicado de prensa. «Esto fue posible gracias a la combinación de las fortalezas de los equipos de la Universidad de Cambridge y el MIT».

Trabajando en la escala cuántica

Un bit de computadora puede considerarse cualquier cosa con dos estados físicos diferentes, como «encendido» y «apagado», para representar cero y uno. En el extraño y ultrapequeño mundo de la mecánica cuántica, un qubit “tiene la propiedad adicional de que, en lugar de estar en sólo uno de estos dos estados, puede estar en una superposición de los dos estados. Por lo tanto, puede ocurrir en ambos estados al mismo tiempo”, afirmó Jesús Arjona Martínez, coautor del estudio.

Múltiples qubits entrelazados o correlacionados entre sí pueden compartir mucha más información que los bits asociados con la informática convencional. De ahí el poder potencial de las computadoras cuánticas.

Englund y su equipo explicaron que hay muchos tipos de qubits, pero dos tipos comunes se basan en el giro o rotación de un electrón o núcleo (de izquierda a derecha o de derecha a izquierda). El nuevo dispositivo involucra qubits electrónicos y nucleares.

Un electrón giratorio, o qubit electrónico, es muy bueno para interactuar con su entorno, mientras que el núcleo giratorio de un átomo, o qubit nuclear, no lo es.

“Combinamos un qubit que se sabe que interactúa fácilmente con la luz con un qubit que se sabe que está muy aislado y, por lo tanto, conserva la información durante mucho tiempo. Combinando los dos, creemos que podemos sacar lo mejor de ambos mundos”, afirmó Arjona Martínez.

¿Cómo funciona el sistema solar?

La forma en que funciona es que el electrón [electronic qubit] El zumbido en el diamante puede atascarse en el defecto del estaño y este qubit electrónico puede luego transferir su información al núcleo giratorio del estaño, el qubit nuclear.

«La analogía que me gusta usar es la del sistema solar», dijo Isaac Harris, coautor del artículo. “Tienes el sol en el medio, ese es el núcleo de estaño, y luego tienes la Tierra girando alrededor de él, y ese es el electrón. Podemos optar por almacenar información en la dirección de rotación de la Tierra, este es nuestro qubit electrónico. O podemos almacenar la información en la dirección del Sol, que gira alrededor de su propio eje. Ese es el qubit nuclear”.

Entonces, en general, la luz transporta información a través de una fibra óptica hasta el nuevo dispositivo, que incluye una pila de varias guías de ondas de diamante diminutas, cada una de ellas aproximadamente 1.000 veces más pequeña que un cabello humano. Entonces, varios dispositivos podrían actuar como nodos que controlen el flujo de información en la Internet cuántica.

El trabajo descrito en este estudio implicó experimentos con un dispositivo.

“Sin embargo, eventualmente podría haber cientos o miles de ellos en un microchip”, dijo Arjona Martínez.

Harris señaló que su trabajo teórico predijo una fuerte interacción entre el núcleo de estaño y el qubit electrónico de entrada. “Era diez veces más grande de lo que esperábamos, así que pensé que el cálculo probablemente estaba equivocado. Luego vino el equipo de Cambridge y lo midió, y fue genial ver que el experimento confirmaba la predicción”.