Si podemos aprovecharla, la tecnología cuántica promete fantásticas nuevas posibilidades. Pero primero, los científicos necesitan persuadir a los sistemas cuánticos para que permanezcan unidos durante más de unas pocas millonésimas de segundo.
Un equipo de científicos de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago anunció el descubrimiento de una modificación simple que permite que los sistemas cuánticos permanezcan operativos, o "coherentes", 10,000 veces más que antes. Aunque los científicos probaron su técnicaen una clase particular de sistemas cuánticos llamados qubits de estado sólido, creen que debería ser aplicable a muchos otros tipos de sistemas cuánticos y, por lo tanto, podría revolucionar la comunicación, la computación y la detección cuánticas.
El estudio fue publicado el 13 de agosto en ciencia .
"Este avance sienta las bases para nuevas y emocionantes vías de investigación en ciencia cuántica", dijo el autor principal del estudio, David Awschalom, profesor de la familia Liew en Ingeniería Molecular, científico principal del Laboratorio Nacional Argonne y director del Chicago Quantum Exchange.La amplia aplicabilidad de este descubrimiento, junto con una implementación notablemente simple, permite que esta coherencia robusta impacte en muchos aspectos de la ingeniería cuántica. Permite nuevas oportunidades de investigación que antes se consideraban poco prácticas ".
En el nivel de los átomos, el mundo opera de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, muy diferente de lo que vemos a nuestro alrededor en nuestra vida diaria. Estas diferentes reglas podrían traducirse en tecnología como redes virtualmente imposibles de piratear o computadoras extremadamente poderosas;El Departamento de Energía de EE. UU. publicó un plan para el futuro Internet cuántico en un evento en UChicago el 23 de julio. Pero los desafíos fundamentales de ingeniería persisten: los estados cuánticos necesitan un espacio extremadamente silencioso y estable para operar, ya que son fácilmente perturbados por el ruido de fondo proveniente devibraciones, cambios de temperatura o campos electromagnéticos perdidos.
Por lo tanto, los científicos intentan encontrar formas de mantener el sistema coherente el mayor tiempo posible. Un enfoque común es aislar físicamente el sistema del entorno ruidoso, pero esto puede ser difícil de manejar y complejo. Otra técnica implica hacer que todos los materiales sean tan puroscomo sea posible, lo que puede ser costoso. Los científicos de UChicago tomaron un rumbo diferente.
"Con este enfoque, no intentamos eliminar el ruido en los alrededores; en cambio," engañamos "al sistema para que piense que no experimenta el ruido", dijo el investigador postdoctoral Kevin Miao, primer autor del artículo..
Junto con los pulsos electromagnéticos habituales que se utilizan para controlar los sistemas cuánticos, el equipo aplicó un campo magnético alternativo continuo adicional. Al ajustar con precisión este campo, los científicos podrían rotar rápidamente los espines de los electrones y permitir que el sistema "sintonice" el restodel ruido.
"Para tener una idea del principio, es como sentarse en un tiovivo con gente gritando a tu alrededor", explicó Miao. "Cuando el viaje está quieto, puedes escucharlos perfectamente, pero si estásgirando rápidamente, el ruido se difumina en un fondo. "
Este pequeño cambio permitió que el sistema se mantuviera coherente hasta 22 milisegundos, cuatro órdenes de magnitud más que sin la modificación, y mucho más tiempo que cualquier sistema de espín de electrones reportado anteriormente en comparación, un abrir y cerrar de ojos toma alrededor de 350milisegundos .El sistema es capaz de desconectar casi por completo algunas formas de fluctuaciones de temperatura, vibraciones físicas y ruido electromagnético, todos los cuales generalmente destruyen la coherencia cuántica.
La solución simple podría desbloquear descubrimientos en prácticamente todas las áreas de la tecnología cuántica, dijeron los científicos.
"Este enfoque crea un camino hacia la escalabilidad", dijo Awschalom. "Debería hacer que el almacenamiento de información cuántica en espín de electrones sea práctico. Los tiempos de almacenamiento extendidos permitirán operaciones más complejas en computadoras cuánticas y permitirán que la información cuántica transmitida desde dispositivos basados en espines viajendistancias más largas en redes. "
Aunque sus pruebas se realizaron en un sistema cuántico de estado sólido utilizando carburo de silicio, los científicos creen que la técnica debería tener efectos similares en otros tipos de sistemas cuánticos, como bits cuánticos superconductores y sistemas cuánticos moleculares. Este nivel de versatilidad es inusualpara tal avance de ingeniería.
"Hay muchos candidatos para la tecnología cuántica que se dejaron de lado porque no podían mantener la coherencia cuántica durante largos períodos de tiempo", dijo Miao.coherencia.
"La mejor parte es que es increíblemente fácil de hacer", agregó. "La ciencia detrás de esto es compleja, pero la logística de agregar un campo magnético alterno es muy sencilla".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Original escrito por Louise Lerner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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