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La afinación similar a la de una guitarra de las cuerdas de diamante mejora la memoria cuántica, según un estudio


Una Internet cuántica, una que usaría señales cuánticas en lugar de ondas de radio, ha sido promocionada por su potencial para enviar información de forma completamente segura. A través del cifrado cuántico impulsado por la distribución de claves cuánticas, los mensajes cifrados y sus claves se enviarían por separado, lo que resultaría en la destrucción inmediata de cualquier mensaje potencialmente alterado.

El proceso se ha retrasado porque el uso de bits cuánticos (qubits) requiere memoria cuántica, una interfaz completamente nueva y complicada. La memoria cuántica es inestable porque los qubits son extremadamente sensibles a los factores ambientales, lo que resulta en una capacidad que se interrumpe fácilmente para retener y recordar información.

Afinación de cuerdas de diamantes

Ahora, un nuevo estudio publicado en Nature Communications por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson y de la Universidad de Cambridge revela una solución para mejorar la memoria cuántica al aumentar la capacidad de los qubits para recordar información. El artículo revela que las cuerdas creadas a partir de impurezas o defectos de los diamantes se pueden ajustar para calmar el entorno de un qubit y mejorar la retención de la memoria de decenas a varios cientos de nanosegundos.

"Las impurezas en el diamante han surgido como nodos prometedores para las redes cuánticas", dijo Marko Loncar, profesor de ingeniería eléctrica en Tiantsai Lin en SEAS y autor principal de la investigación en un comunicado, "sin embargo, no son perfectos".

"Algunos tipos de impurezas son realmente buenos para retener información pero tienen dificultades para comunicarse, mientras que otros son muy buenos comunicadores pero sufren pérdida de memoria. En este trabajo, tomamos el último tipo y mejoramos la memoria diez veces", agregó. Loncar.

Centros de color de vacantes de silicio

Las impurezas o defectos en los diamantes se denominan centros de color de vacantes de silicio y pueden funcionar como qubits utilizando el electrón atrapado en el centro como un bit de memoria. Sin embargo, las fuertes vibraciones emitidas por los átomos cercanos hacen que el electrón olvide cualquier información cuántica que almacena.

Para permitir que el electrón retenga la memoria en este ambiente ruidoso, los investigadores tallaron el cristal de diamante que alberga el centro de color en una cuerda delgada con electrodos pegados a cada lado. Cuando se aplica un voltaje, la cuerda se estira aumentando la frecuencia de vibraciones a las que el electrón es sensible, de manera similar al proceso experimentado al afinar las cuerdas de una guitarra.

"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 Srujan Meesala, estudiante graduado de SEAS y co-primer autor de la papel.

“Este proceso convierte efectivamente las vibraciones circundantes en el cristal en un zumbido de fondo irrelevante, permitiendo que el electrón dentro de la vacante retenga información cómodamente durante cientos de nanosegundos, lo que puede ser un tiempo realmente largo en la escala cuántica. Una sinfonía de estas cadenas de diamantes sintonizables podría servir como la columna vertebral de una futura Internet cuántica ", agregó Meesala.

La investigación es propiedad intelectual de la Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard y se está trabajando para futuras aplicaciones que podrían extender la memoria qubit al milisegundo.


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