Imagínense esto: los científicos lograron construir un tipo nuevo de cúbit molecular que podría ayudar a conectar computadoras cuánticas utilizando la tecnología de telecomunicaciones que ya existe. Este descubrimiento sienta las bases para lo que en un futuro será la internet cuántica.
Avance
Descubrimiento ya nos permite vislumbrar una internet cuántica y lleva la ciencia a otro nivel
Un novedoso descubrimiento combina propiedades ópticas para transmitir información cuántica en la misma longitud de onda de las redes de fibra óptica actuales
La internet cuántica, cada día más cerca.
El componente clave de este nuevo cúbit es un elemento de tierras raras que se llama erbio. Este átomo tiene propiedades ópticas y magnéticas que le permiten enviar información cuántica justo en las longitudes de onda que usan las redes de fibra óptica.
Además, los investigadores explicaron que, como el cúbit trabaja con las longitudes de onda de telecomunicaciones, se vuelve mucho más sencillo integrarlo en los chips de silicio, permitiendo crear dispositivos cuánticos más pequeños y compactos. El equipo de científicos que desarrolló este avance publicó sus hallazgos en la revista Science. En un comunicado, ellos describieron la tecnología como "un nuevo y prometedor pilar para tecnologías cuánticas escalables", que van desde enlaces de comunicación ultra seguros hasta redes de larga distancia de computadoras cuánticas.
¿Cómo funciona este descubrimiento?
La investigación para construir la tecnología necesaria para una internet cuántica es intensa, e incluye el descubrimiento de un nuevo chip que ayuda a transmitir señales cuánticas a través de cables de fibra óptica reales. En este estudio, sin embargo, el enfoque estuvo en diseñar un nuevo tipo de cúbit para la transmisión de datos. David Awschalom, el investigador principal del estudio y profesor de física en la Universidad de Chicago, mencionó en un comunicado que al demostrar la versatilidad de estos cúbits moleculares de erbio, damos otro paso hacia redes cuánticas escalables que podemos conectar directamente a la infraestructura óptica de hoy en día.e
Los cúbits son la unidad de información más básica en la computación cuántica, siendo el equivalente cuántico a los bits de la computación clásica. Aun así, la comparación termina allí, ya que los bits clásicos calculan en ceros y unos binarios. Los cúbits, en cambio, se comportan según las reglas extrañas de la física cuántica. Esta singularidad les permite existir en múltiples estados a la vez, una característica que se llama superposición.
Existen tres formas típicas de cúbits: los superconductores, hechos de circuitos eléctricos diminutos; los de iones atrapados, que almacenan información en átomos cargados y sujetos por campos electromagnéticos; y los fotónicos, que codifican estados cuánticos en partículas de luz. Por su parte, los cúbits moleculares usan moléculas individuales que a menudo se construyen alrededor de metales de tierras raras. El espín del electrón de este metal define su estado cuántico. Este giro o espín da al electrón un campo magnético diminuto. La dirección de este campo define el valor del cúbit; puede representar un 1, un 0, o incluso ser una superposición de ambos estados, un descubrimiento importantísimo.
Lo especial de este nuevo cúbit basado en erbio es que se comporta como cúbit de espín y también como fotónico. O sea, puede guardar información magnéticamente y, al mismo tiempo, leerse utilizando señales ópticas. En un experimento, los científicos demostraron que podían colocar el espín del átomo de erbio en una superposición controlada, algo crucial para que un cúbit funcione. Como el estado de espín influye en la longitud de onda de la luz que el átomo emite, el equipo pudo leer los estados cuánticos del cúbit usando técnicas estándar.
Dos grandes ventajas a larga distancia
Leah Weiss, una de las autoras del artículo y becaria posdoctoral en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago, afirmó en el comunicado: “Estas moléculas pueden actuar como un puente a nanoescala entre el mundo del magnetismo y el mundo de la óptica. La información se podría codificar en el estado magnético de una molécula y luego acceder a ella con luz en longitudes de onda compatibles con tecnologías bien desarrolladas que sustentan las redes de fibra óptica y los circuitos fotónicos de silicio”. Operar a las longitudes de onda de telecomunicaciones ofrece dos ventajas importantes para la futura internet.
Este descubrimiento podría ser clave para el futuro de la ciencia.
La primera ventaja es que las señales pueden viajar largas distancias con una pérdida mínima, algo vital para transmitir datos cuánticos a través de redes de fibra. La segunda ventaja es que la luz en las longitudes de onda de fibra óptica pasa fácilmente a través del silicio. Si no lo hiciera, cualquier dato codificado en la señal óptica se absorbería y se perdería. Los investigadores aseguraron que, dado que la señal óptica puede pasar a través del silicio hacia detectores u otros componentes fotónicos incrustados debajo, el cúbit a base de erbio es perfecto para hardware basado en chips.
Awschalom explicó, además, que la escala es otro beneficio. Cada cúbit se construye a partir de una sola molécula que es unas cien mil veces más pequeña que un cabello humano. Debido a que se puede ajustar su estructura a través de la química sintética, los cúbits moleculares logran integrarse en entornos donde otros no pueden. Este nivel de control podría ayudar a enfrentar uno de los desafíos de ingeniería más grandes de la computación cuántica: construir compatibilidad cuántica directamente en las tecnologías existentes, llevando la ciencia a otro nivel.