Gran avance en memorias cuánticas para almacenar cubits con el espín nuclear

Un cristal de diamante  ultrapuro, con una molécula de carbono 13 por cada millón de átomos de carbono 12, podría almacenar un cubit (bit cuántico) durante 24 horas a temperatura ambiente, según un modelo teórico publicado hoy en Science. Los autores han verificado su modelo mediante un experimento que ha logrado almacenar un cubit durante tres segundos tiempo uso de un cristal de diamante con un átomo de carbono 13 por cada cien átomos de carbono 12 (tres segundos es unas mil veces el récord anterior a temperatura ambiente). Más aún, en el mismo número de Science se ha publicado el almacenamiento de un cubit durante tres minutos (180 segundos) en una memoria cuántica basada en silicio (el cubit se ha almacenado en el espín nuclear de una impureza de fósforo), pero enfriado a 4,2 K. Estos dos grandes avances en el desarrollo de memorias cuánticas basadas en el espín nuclear coloca a estas técnicas en un camino envidiable hacia el desarrollo de un futuro ordenador cuántico de utilidad práctica. Nos lo han contado Christoph Boehme, Dane R. McCamey, “Nuclear-Spin Quantum Memory Poised to Take the Lead,” Perspective, Science 336: 1239-1240, 8 June 2012, quienes se hacen eco de los artículos técnicos de M. Steger et al., “Quantum Information Storage for over 180 s Using Donor Spins in a 28Si “Semiconductor Vacuum”,” Science 336: 1280-1283, 8 June 2012, y P. C. Maurer et al., “Room-Temperature Quantum Bit Memory Exceeding One Second,” Science 336: 1283-1286, 8 June 2012.

Cada cubit de la memoria de un computador cuántico tiene que cumplir dos objetivos contradictorios, por un lado, debe estar aislado del entorno para evitar que la decoherencia cuántica destruya su estado y, por otro lado, debe poder interaccionar con otros sistemas cuánticos para que se pueda leer y/o escribir dicho estado. Parece imposible lograrlo, pero hay un truco obvio, almacenar el cubit en dos sistemas cuánticos bien separados, uno que esté bien aislado y permita un almacenamiento durante mucho tiempo, y otro que sea de fácil acceso. Las memorias cuánticas de estado sólido cumplen con este requisito: utilizan el espín nuclear para almacenar los cubits de forma “permanente” y que acoplan, gracias a la llamada interacción hiperfina, dicho espín al de un electrón con el que se puede interaccionar mediante técnicas ópticas con rapidez y eficacia. Maurer y sus colegas han utilizado átomos de carbono 13 aislados en un diamante de carbono 12 ultrapuro a temperatura ambiente (figura de arriba). Steger y sus colegas han utilizado átomos de fósforo 31 aislados en un bloque de silicio 29 ultrapuro como cubits a temperaturas criogénicas (figura de abajo). Ambas técnicas son muy prometedoras, pero a mí me ha gustado más el trabajo de los primeros, que incluye en la información suplementaria de su artículo un análisis teórico riguroso que permite extrapolar sus conclusiones al caso de que se pudiera purificar el diamante utilizado; si su modelo se puede es extrapolar permite afirmar que podrán alcanzar duraciones de almacenamiento de un cubit de muchas horas, incluso hasta un día (24 horas). Por supuesto, su análisis teórico es optimista (quizás demasiado optimista), pero si se confirma será un paso de gigante en dirección hacia la fabricación de ordenadores cuánticos de utilidad práctica.

 

3 pensamientos en “Gran avance en memorias cuánticas para almacenar cubits con el espín nuclear

  1. Me parece fascinante este tema y lo increiblemente rapido que seran las nuevas computadoras cuanticas

Los comentarios están cerrados.