Extraños nuevos diamantes cuánticos ofrecen esperanza de una Internet cuántica

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Un nuevo tipo de diamante, cargado de impurezas, se basa en una especie de eternidad que podría ser útil en la futura tecnología cuántica, tal vez incluso en una red cuántica.

Eso probablemente suene sin sentido, así que retrocedamos.

Los diamantes son solo retículas en las que cada átomo de carbono se une a cuatro átomos de carbono vecinos, formando una red sólida.

Los científicos han encontrado usos interesantes para los diamantes intercambiando algunos de los átomos de carbono por nitrógeno, por ejemplo, haciendo un cristal de tiempo.

Un nuevo experimento en cambio intercambió algunos de los átomos de carbono por átomos de silicio, creando diamantes de vacantes de silicio que podrían generar sistemas cuánticos potencialmente útiles.

“Mostramos que a través de una cuidadosa ingeniería de materiales, podemos descubrir propiedades ópticas y de giro altamente coherentes de SiV0”, escribieron los autores, dirigidos por Nathalie de Leon, profesora asistente de Princeton, en el estudio publicado en Science.

Básicamente, estos diamantes tienen propiedades que los hacen útiles para unir computadoras cuánticas.

“Cuántica”, básicamente se refiere a “obedece las extrañas reglas de la mecánica cuántica”.

Primero pensemos en la propiedad llamada espín.

Los electrones pueden girar hacia arriba o hacia abajo, del mismo modo que una pieza de control puede ser roja o negra.

Si se le entregara una ficha con los ojos cerrados, no sabría su color, pero teóricamente, si conociera todos los detalles sobre la bolsa de la que procedía y cómo se metió la mano en la bolsa, podría averiguar de qué color es.

Pero con los giros de electrones, no funciona de esa manera.

Si es cuántico, puede saber literalmente todo lo que hay que saber sobre un sistema y aún no saber si el electrón tiene un giro de arriba o abajo.

Ese es el estado coherente, y a menudo se interpreta como que significa que el giro del electrón es tanto hacia arriba como hacia abajo al mismo tiempo.

Esta coherencia es fácil de explicar matemáticamente, pero es bastante difícil de construir físicamente, ya que las perturbaciones del mundo exterior pueden hacer que las partículas escojan un giro.

Los diamantes con átomos de nitrógeno intercambiados por átomos de carbono tienen un electrón sobrante y una brecha en la estructura reticular.

Este agujero puede tomar propiedades innatas, con las cuales puede formar un estado cuántico coherente.

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En última instancia, los científicos quieren construir dispositivos informáticos en los que los datos puedan codificarse en giros únicos, conjuntos de giros coherentes y conjuntos de giros entrelazados.

En ese paradigma, se querría que las computadoras cuánticas se comuniquen entre sí, creando algo parecido a una Internet cuántica.

Quizás pueda traducir la información del estado cuántico a una cosa en movimiento, como una partícula ligera, llamada fotón.

Pero esos diamantes de vacantes de nitrógeno tienen un inconveniente cuando trata de traducir los datos de espín a información en un fotón: cuando emiten fotones, no tienen la misma frecuencia o color.

Ellos son impredecibles. Los científicos podrían quizás superar este inconveniente con un diamante de vacante de silicio.

“Una buena interfaz de fotones giratorios siempre debe emitir fotones de la misma frecuencia bien definida, con una incertidumbre muy baja.

Desafortunadamente, el 97 por ciento de los fotones emitidos por la [vacante de nitrógeno] están acompañados por vibraciones reticulares de diamante que cambian la frecuencia del fotón de la frecuencia deseada, haciéndolos inútiles para las tareas de redes cuánticas, “dice Mihir Bhaskar, un estudiante graduado no involucrado en la investigación.

Pero, mientras que otros crearon diamantes vacantes de silicio antes, este artículo va un paso más allá.

“En este trabajo, los autores muestran que el [diamante de vacante de silicio] emite fotones de una frecuencia bien definida y estable, por lo que es una prometedora interfaz de fotones de giro.”

Los autores lo demuestran produciendo su diamante y realizando una serie de pruebas y mediciones con luz.

Este no es un gran salto más cerca de una internet cuántica, por supuesto.

Otro estudio, que aún no ha sido revisado por pares, señaló que el diamante no emite la luz traducida muy brillante a menos que esté bajo mucha presión, tal vez 10.000 veces la presión del aire en la superficie de la Tierra.

Dijo Bhaskar: “La ingeniería de deformación requerida del diamante presenta un gran desafío para incorporar SiV0 a las tecnologías futuras”.

En estos primeros días de las computadoras cuánticas, es difícil saber qué tecnologías pegarán.

Pero las que lo hagan probablemente serán bastante extrañas, y podrían aprovechar los extravagantes sistemas cuánticos de alta ingeniería, como los diamantes llenos de silicio.

Fuente: Gizmodo