Un Internet cuántico promete una comunicación completamente segura. Pero usar bits cuánticos o qubits para transportar información requiere una pieza de hardware radicalmente nueva: una memoria cuántica. Este dispositivo a escala atómica necesita almacenar información cuántica y convertirla en luz para transmitirla a través de la red

Un desafío importante a esta visión es que los qubits son extremadamente sensibles a su entorno, incluso las vibraciones de los átomos cercanos pueden alterar su capacidad de recordar información. Hasta ahora, los investigadores han confiado en temperaturas extremadamente bajas para vibraciones silenciosas, pero lograr esas temperaturas para redes cuánticas a gran escala es prohibitivamente costoso.

Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) y la Universidad de Cambridge han desarrollado una solución de memoria cuántica que es tan simple como afinar una guitarra.

Los investigadores diseñaron cadenas de diamante que se pueden sintonizar para calmar el entorno de un qubit y mejorar la memoria de decenas a varios cientos de nanosegundos, tiempo suficiente para realizar muchas operaciones en un chip cuántico.

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

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

La investigación se publica en Nature Communications .

Las impurezas en el diamante

conocidas como centros de color de vacantes de silicio, son qubits potentes. Un electrón atrapado en el centro actúa como un bit de memoria y puede emitir fotones individuales de luz roja, que a su vez actuarían como portadores de información a larga distancia de una Internet cuántica .

Pero con los átomos cercanos en el cristal de diamante vibrando al azar, el electrón en el centro olvida rápidamente cualquier información cuántica que se le pida que recuerde.

"Ser un electrón en un centro de color es como tratar de estudiar en un mercado ruidoso", dijo Srujan Meesala, un estudiante graduado de SEAS y coautor del artículo. "Hay todo este ruido a tu alrededor. Si quieres recordar algo, debes pedirle a la multitud que permanezca callado o que busque la forma de enfocarse en el ruido. Hicimos lo último".

Para mejorar la memoria en un ambiente ruidoso

Los investigadores tallaron el cristal de diamante que aloja el centro de color en una cuerda fina , de aproximadamente un micrón de ancho, cien veces más delgada que un mechón de cabello, y electrodos conectados a cada lado.

Al aplicar un voltaje, la cuerda de diamante se estira y aumenta la frecuencia de vibraciones sensibles al electrón, del mismo modo que al tensar una cuerda de guitarra aumenta la frecuencia o el tono de la cuerda.

"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 energía muy alta", dijo Meesala. "Este proceso efectivamente convierte las vibraciones circundantes en el cristal en un zumbido de fondo irrelevante, permitiendo que el electrón dentro de la vacante mantenga cómodamente la información durante cientos de nanosegundos, lo que puede ser un tiempo realmente largo en la escala cuántica.

Una sinfonía de estos diamantes sintonizables las cadenas podrían servir como la columna vertebral de una Internet cuántica futura ".

Luego, los investigadores esperan extender la memoria de los qubits al milisegundo, lo que permitiría cientos de miles de operaciones y comunicación cuántica a larga distancia.

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