Un equipo de investigadores de Cambridge ha encontrado una manera de controlar el mar de núcleos en puntos cuánticos de semiconductores para que puedan operar como un dispositivo de memoria cuántica.
Los puntos cuánticos son cristales formados por miles de átomos, y cada uno de estos átomos interactúa magnéticamente con el electrón atrapado. Si se deja solo a sus propios dispositivos, esta interacción del electrón con los espines nucleares, limita la utilidad del electrón comoun bit cuántico: un qubit
Dirigido por el profesor Mete Atatüre, miembro del St John's College, Universidad de Cambridge, el grupo de investigación, ubicado en el Laboratorio Cavendish, explota las leyes de la física cuántica y la óptica para investigar aplicaciones informáticas, de detección o de comunicación.
Atatüre dijo: "Los puntos cuánticos ofrecen una interfaz ideal, mediada por la luz, a un sistema donde la dinámica de los espines interactivos individuales podría ser controlada y explotada. Debido a que los núcleos 'roban' al azar información del electrón que tradicionalmente han sido unmolestia, pero hemos demostrado que podemos aprovecharlos como un recurso ".
El equipo de Cambridge encontró una manera de explotar la interacción entre el electrón y los miles de núcleos utilizando láseres para 'enfriar' los núcleos a menos de 1 mil Kelvin, o una milésima de grado por encima de la temperatura cero absoluta. Luego mostraron quepuede controlar y manipular los miles de núcleos como si formaran un solo cuerpo al unísono, como un segundo qubit. Esto demuestra que los núcleos en el punto cuántico pueden intercambiar información con el qubit electrónico y pueden usarse para almacenar información cuántica como un dispositivo de memoriaLos hallazgos han sido publicados en ciencia hoy
La computación cuántica tiene como objetivo aprovechar los conceptos fundamentales de la física cuántica, como el enredo y el principio de superposición, para superar los enfoques actuales de la computación y podría revolucionar la tecnología, los negocios y la investigación. Al igual que las computadoras clásicas, las computadoras cuánticas necesitan un procesador, memoria y unbus para transportar la información hacia adelante y hacia atrás. El procesador es un qubit que puede ser un electrón atrapado en un punto cuántico, el bus es un solo fotón que generan estos puntos cuánticos y es ideal para intercambiar información. Pero el enlace que falta para los puntos cuánticoses memoria cuántica.
Atatüre dijo: "En lugar de hablar con espines nucleares individuales, trabajamos para acceder a las ondas de espín colectivas con láser. Esto es como un estadio donde no tienes que preocuparte por quién levanta sus manos en la ola mexicana que gira, comosiempre que haya una ola colectiva porque todos bailan al unísono.
"Luego mostramos que estas ondas giratorias tienen coherencia cuántica. Esta era la pieza faltante del rompecabezas y ahora tenemos todo lo necesario para construir una memoria cuántica dedicada para cada qubit".
En las tecnologías cuánticas, el fotón, el qubit y la memoria necesitan interactuar entre sí de forma controlada. Esto se logra principalmente mediante la interfaz de diferentes sistemas físicos para formar una única unidad híbrida que puede ser ineficiente. Los investigadores han podidopara mostrar que en puntos cuánticos, el elemento de memoria está automáticamente allí con cada qubit.
El Dr. Dorian Gangloff, uno de los primeros autores del artículo y miembro de St John's, dijo que el descubrimiento renovará el interés en este tipo de puntos cuánticos de semiconductores. El Dr. Gangloff explicó: "Este es un avance del Santo Grial para la investigación de puntos cuánticos- tanto para la memoria cuántica como para la investigación fundamental; ahora tenemos las herramientas para estudiar la dinámica de sistemas complejos en el espíritu de la simulación cuántica ".
Las oportunidades a largo plazo de este trabajo podrían verse en el campo de la computación cuántica. El mes pasado, IBM lanzó la primera computadora cuántica comercial del mundo, y el Director Ejecutivo de Microsoft ha dicho que la computación cuántica tiene el potencial de 'remodelar radicalmente el mundo'.
Gangloff dijo: "El impacto del qubit podría estar a medio siglo de distancia, pero el poder de la tecnología disruptiva es que es difícil concebir los problemas que podríamos abrir; puede tratar de considerarlo como incógnitas conocidas peroen algún momento entras en un nuevo territorio. Todavía no sabemos el tipo de problemas que ayudará a resolver, lo cual es muy emocionante ".
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Materiales proporcionado por St John's College, Universidad de Cambridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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