Una Internet cuántica promete una comunicación completamente segura. Pero usar bits cuánticos o qubits para transportar información requiere una pieza de hardware radicalmente nueva: una memoria cuántica. Este dispositivo a escala atómica necesita almacenar información cuántica y convertirla en luz para transmitirlala red
Un gran desafío para esta visión es que los qubits son extremadamente sensibles a su entorno, incluso las vibraciones de los átomos cercanos pueden alterar su capacidad de recordar información. Hasta ahora, los investigadores han confiado en temperaturas extremadamente bajas para vibraciones silenciosas, pero logrando esas temperaturaspara redes cuánticas a gran escala es prohibitivamente costoso.
Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John SE Paulson de Harvard SEAS y la Universidad de Cambridge han desarrollado una solución de memoria cuántica que es tan simple como afinar una guitarra.
Los investigadores diseñaron cadenas de diamantes que pueden ajustarse para silenciar el entorno de un qubit y mejorar la memoria de decenas a varios cientos de nanosegundos, tiempo suficiente para realizar muchas operaciones en un chip cuántico.
"Las impurezas en el diamante han surgido como nodos prometedores para las redes cuánticas", dijo Marko Loncar, profesor de ingeniería eléctrica de Tiantsai Lin en SEAS y autor principal de la investigación. "Sin embargo, no son perfectas. Algunos tipos de impurezas son realmentebueno para retener información pero tiene dificultades para comunicarse, mientras que otros son muy buenos comunicadores pero sufren pérdida de memoria. En este trabajo, tomamos este último tipo y mejoramos la memoria en diez veces ".
La investigación se publica en Comunicaciones de la naturaleza .
Las impurezas en el diamante, conocidas como centros de color de vacantes de silicio, son potentes qubits. Un electrón atrapado en el centro actúa como un bit de memoria y puede emitir fotones individuales de luz roja, que a su vez actuarían como portadores de información a larga distancia deInternet cuántico. Pero con los átomos cercanos en el cristal de diamante vibrando al azar, el electrón en el centro olvida rápidamente cualquier información cuántica que se le pide que recuerde.
"Ser un electrón en un centro de color es como tratar de estudiar en un mercado ruidoso", dijo Srujan Meesala, un estudiante graduado de SEAS y co-primer autor del artículo. "Hay todo este ruido a tu alrededor. Sisi quieres recordar algo, debes pedirle a la multitud que se quede callado o encontrar una manera de concentrarte en el ruido. Hicimos lo último ".
Para mejorar la memoria en un entorno ruidoso, los investigadores tallaron el cristal de diamante que aloja el centro de color en una cuerda delgada, de aproximadamente una micra de ancho, cien veces más delgada que un mechón de cabello, y electrodos conectados a cada lado.aplicando un voltaje, la cuerda de diamante se estira y aumenta la frecuencia de vibraciones a las que el electrón es sensible, al igual que apretar una cuerda de guitarra aumenta la frecuencia o el tono de la cuerda.
"Al crear tensión en la cuerda, aumentamos la escala de energía de las vibraciones a las que el electrón es sensible, lo que significa que ahora solo puede sentir vibraciones de muy alta energía", dijo Meesala. "Este proceso convierte efectivamente las vibraciones circundantes en el cristala un zumbido de fondo irrelevante, permitiendo que el electrón dentro de la vacante contenga cómodamente información durante cientos de nanosegundos, lo que puede ser realmente mucho tiempo en la escala cuántica. Una sinfonía de estas cadenas de diamantes sintonizables podría servir como la columna vertebral de un futuro internet cuántico"
A continuación, los investigadores esperan extender la memoria de los qubits al milisegundo, lo que permitiría cientos de miles de operaciones y comunicación cuántica a larga distancia.
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando oportunidades de comercialización.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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